淺談我國給水工藝與國外先進技術的差距
建國以來，我國給水事業(yè)無論在科學理論或生產工藝各方面都有了飛躍的發(fā)展與進步，并取得豐碩的成果，這些成果有的已經接近或達到國際先進水平，有力地推動了國民經濟的發(fā)展。但從總體看我國給水工藝與世界先進技術相比還有一定距離。及時了解和總結我國給水工藝與世界先進技術相比還有一定距離。及時了解和總結我國給水工藝水平發(fā)展狀況及與國外先進水平的差距，才能督促和鼓勵給水工作者奮起直追，盡快趕上國際水平。下面就我們所了解到的現階段國內與國外給水工藝存在的差距，作一粗淺的評價，與同行共同研討。
近年來，由于工業(yè)的日益發(fā)展，人類生活水平不斷發(fā)展提高，以及活動范圍的逐漸擴大，各國的水體都出現了不同程度的污染。目前已知的有機化合物達400萬種，人工合成有機物達4萬之多，F已能用現代檢測技術從原水中檢測出來的已達2千2百余種。因此以飲用水中THM為代表的鹵代有機物的生物致突活性也日益為廣大給水技術人員所關注。
長期以來，給水工藝仍然是混合、絮凝、沉淀、過濾和消毒幾個階段，宏觀上理論上尚無重大突破，然而在微觀上，凈化工藝確不斷地改進，對給水處理的認識也不斷地更新。理論的繼續(xù)深化，促進了給水工藝水平的提高。傳統(tǒng)工藝、理論主要是建立在以粘土膠體微粒和致病細菌為主要工作對象的基礎上，隨著污染程度的日益加劇和污染源的逐漸增多，污染物品種的多樣化，為給水處理工作者帶來新的課題，F在給水工程較以往的任何時候都更加注意原水的預處理工作和在傳統(tǒng)工藝后面的深度處理，這是當前發(fā)展最快的方面，也是我國和國外給水工藝水平主要差距所在。
一、預處理
預處理是設置在傳統(tǒng)處理工藝之前的各種處理措施，包括格柵篩除原水中的漂浮雜物，預氯投加，調整原水的pH值，泥砂在預沉池中預沉以及投加粉末活性炭或生物過濾等各種工藝措施。我國的預處理工藝主要是格柵隔除漂浮物；預氯投加，即在長距離輸水管的起始點小劑量加氯；或在預沉池前投氯，以保證充分的消毒效果。粉末活性炭的投加多為季節(jié)性，當水質嚴重污染時，為了去除臭味和有機物而采用的臨時性措施。由于我國生活水準所限，粉末活性炭投加對制水成本影響較大，故采用不多。如哈爾濱市自來水公司僅在松花江污染嚴重時，季節(jié)性投加。從投加粉末活性炭的效果看還是令人滿意的。我國當前在預處理方面與國外先進國家的主要差距在于原水調質和去除水中污染的有機物。
從西方發(fā)達國家情況看，原水的調質已是普通采用的水處理手段。如日本東京朝霞水廠取用利根川河水，年平均pH值為7.1，最高為7.3，最低為6.8，當選用聚合氯化鋁作混凝劑時，其最佳混凝pH值在7～8之間；為了提高藥效，使用氫氧化鈉做調質劑調整pH值，其投加量在1.7～3.0毫克／升之內波動。當原水堿度不足而影響混凝劑藥效時，必須投加堿來提高堿度，常用的堿劑有消石灰和碳酸鈉，日本水道協(xié)會還制訂了相應的計算公式W=[(A2+K·R)-A1]·F，（其中W--堿劑投加量；A1--原水堿度；A2--凈水中剩余堿度；K--投加1毫克／升混凝劑藥劑的堿度下降量；R--混凝劑投加量；F--提高`1毫克／升堿度所需投加堿劑的量）。日本札幌市白川水廠年平均投加消石灰3.8毫克／升；大阪市柴烏水廠消石灰最高投加量為47毫克／升。類似日本的調質方法和設備，在發(fā)達國家?guī)缀鯇儆诒貍。原水調質不存在技術問題，關鍵在于對調質必要性的認識。
對水中污染的有機物質的控制和去除是給水工程技術面臨的重要課題。有機污染的根本控制在于搞好水體保護，不被有機物污染。那是環(huán)保工作者的任務。作為給水工程的技術人員的任務是將THM的影響降到最低程度，當前國際上采用的工作有兩種，一種是改變消毒方式，在水處理過程中避免使用氯氣。當經過常規(guī)處理使有機物降到安全界線以下后再加入少量氯以控制管網中細菌的復蘇。另一種辦法則是在預處理中將有機物去除，使常規(guī)水處理中草藥Ａmes實驗保持陰性，達到飲用安全目的。預處理去除有機物多采用預曝氣和生物化學方法，即利用水中微生物的新陳代謝去除有機物、嗅味、氨氮。預曝氣處理工藝由于水停留較短，所以去除率稍差，而生物濾池一般負荷較低，占用的面積較大，運行管理復雜，也不普及，現在日本研制生物過濾方面取得突破性進展，并已應用到生產中去。日本大津市膳所水廠90年10月開始建始生物接觸濾池，過濾介質采用數毫米孔徑的多孔陶瓷質濾料，厚度1.5米。其原理是通過附著在濾料上的微生物膜，過濾原水中的污染物，并進行生物分解、凈化原水，和其它生物化學處理方法相比，由于單位體積生物量增多而提高了凈水效率，2-MIB的去除率達70%以上，氨氮去除率夏季為85%，冬季為60%。該濾池濾速為6.97米／小時，共8個池子，單位面積37米2，日處理水量49500米3。具有慢濾池的過濾機理和快濾池的生產效率。由于濾料表面有合適的凹凸面，生物附著性良好，使用空氣和水反沖洗時生物膜也不剝離。該濾池有4個方面的特點。(1)屬生物自然凈化方式，單位體積生物量多，能有效縮短處理水停留時間，設備規(guī)模小，是蜂窩式體積的1/5；(2)運行時不需要曝氣和循環(huán)流，因此消耗電力少，運行成本低；(3)每周沖洗二、三次即可，易于維護管理；(4)因臭味去除率高，可以得到較好的水質。由于該濾池是生產性構筑物，所以在應用上處于國際先進水平。
二、常規(guī)處理
(1)混合技術：理論上早已闡明混合是絮凝的基礎，要求快速劇烈的混合，以促進混凝藥劑擴散速度和壓縮水中膠體的雙電層，使膠體脫穩(wěn)。但在實際工作中對混合長期未給予應有的重視。80年代中后期加強混合才成為給水界最強調的觀點，因而也陸續(xù)出現了多種混合設備。有水力隔板混合、水泵混合、機械混合、混合池、槽等以及近幾年應用于給水行業(yè)上的靜態(tài)混合器。從混合設備形式上看，我國現有水平不遜于國外先進國家。由于混合設備對水力條件、輸入能量、混合方式要求比較嚴格、設備、構造上的差異往往造成混合效果相差較大，單純從理論計算上進行混合設計，往往和預先設想結果有較大偏差，因而影響混合效果。國外先進國家對混合設備都作嚴格的測試，以期取得最佳混合效果。例如美國混合設備的生產廠家對使用單位所需求的機械混合設備全部按1:1的比例，使用不同顏色的塑料珠進行混合測試，取得最佳使用效果后方進入施工。而我國對混合的測試手段和測試設備不足，直接影響混合器效果。美國這種作法是我國應當學習和效仿的，也是我們與先進國家的差距所在。
(2)絮凝反應：我們的反應設備總體上和國外水平差距不大，傳統(tǒng)上的絮凝反應多采隔板反應，是建立在"近壁紊流"理論基礎上的。隨著給水理論的深入研究和發(fā)展，從能量耗散的角度出發(fā)提出"自由紊流"的微旋渦理論，我國在此理論之上研制出多種設備反應亦投入生產運行。但我國機械反應多為垂直軸機械反應，國外平流沉淀池多為水平軸機械反應，并采用液力無級變速式電機調頻無級變速。我國在前一段時間對縮短反應時間很感興趣，所設計的反應池停留時間有的短達7分鐘，認為這樣可以減少占地節(jié)約投資，F在隨著實踐和對高效反應的認識加深，又開始傾向延長反應時間，這與國外先進國家的認識趨于一致。
(3)沉淀池：平流沉淀池是給水行業(yè)最古老的一種池型，大型水廠應用較多，我國與國外技術水平相差無幾，所不同的是，國外停留的時間較長，一般為2～4小時，我國停留時間多為1～2小時。選擇較長的停留時間可以節(jié)約藥劑，提高沉淀后的水質，并有足夠的調節(jié)余地，抗沖擊負荷能力較強。停留時間短可以節(jié)省基建投資，減少占地面積。具體設計停留時間多長為好，這需要根據國家發(fā)達程度、沉淀后水質指標要求，并進行經濟技術比較后確定，根據我國水質標準和國情，采用1.5～2.0小時停留時間為好。
斜管沉淀池是繼平流沉淀池之后于60年代末、70年代初發(fā)展起來的一種建立在"淺池理論"上的沉淀設施，具有占地面積少、沉淀效率高的特點，在我國經過近20年的應用和發(fā)展，使沉淀技術日臻完善，也積累了許多設計和運行經驗，是一種成熟工藝。近年來在斜管管形上出現了多種形式，有"山形"斜管、"近菱形"斜管、旋轉30°放置的正六邊形斜管，規(guī)格上有Φ25～Φ70等多種規(guī)格的斜管，材質有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、乙丙共聚等多種材料。并且在加工制作上有多項改進。從工藝角度看我們并不落后。主要差距表現在設計參數選用偏高和監(jiān)測控制能力較差。斜管上升流速我國多選用2.5毫米／秒～3.0毫米／秒，國外多選用2.0毫米／秒以下。另外，由于水在斜管沉淀池內停留時間較短，一般約20分鐘至30分鐘，在斜管內停留時間僅5～6分鐘，由于停留時間短，使斜管沉淀池運行管理要求提高，國外先進國家自動化程度高，在控制上不成問題，既使如此，有些國家仍在規(guī)范中明確規(guī)定斜管沉淀池必須設置完備的檢測和控制系統(tǒng)，如日本。我國的監(jiān)測和控制系統(tǒng)水平較低，儀器設備不過關，多為人工檢查調試，給斜管沉淀池穩(wěn)定運行帶來困難。加強斜管沉淀池的監(jiān)測和控制是我們面臨的一項任務。
(4)澄清池：澄清池在我國使用普通程度僅次于平流沉淀池和斜管沉淀池。懸浮澄清和水力循環(huán)澄清池是早期修建，F在為了提高效率，大多都進行了不同程度的改進。我國現在建造的澄清池多為機械加速澄清池，用于中小水廠的一級處理，但有些大型水廠也選用此種池型，如北京新投入運行的水源九廠（規(guī)模為50萬米3／日）即為該種池型。也有的新建水廠選用脈沖澄清池，如南京市新投入運行的上元門水廠（規(guī)模為10萬米3／日），由此可見，澄清池在我國還是有發(fā)展前途的。國外先進國家仍在研制新型澄清池，以進一步擴大澄清池的適用范圍和得到高質量的濾前水。法國德克雷蒙公司(Degre’ment)最新研制出的"登薩代"(Densadeg)澄清池，可以認為是新型澄清池的代表。該種類型澄清池于1988年11月15日在法國巴黎莫桑水廠(morsang)第三條生產線上投入生產運行，日處理水量7.5萬米3。Densadeg澄清池是將反應、板狀增稠、澄清綜合為一體的水處理的構筑物，同時配以外部污泥回流和外部投藥混合組成的一個完整凈水系統(tǒng)。該澄清池上升流速達6.4毫米／秒，（一般機械加速澄清池上升流速為0.7～1.1毫米／秒）出水濁度低于1ntu，具有良好的澄清效果。這種澄清池從構造功能上可以分為三部分。第一部分為三個同心室，將加藥混合后的原水和增稠回流的絮體活性污泥混合反應，形成絮凝質量好、密度高、分離性能好的固液兩相體系。第二部分為預沉降部分，在這里泥水固液兩相流發(fā)生快速分離。上部的初沉降水進入斜管澄清區(qū)，下部的泥漿經沉淀、增稠后被連續(xù)運轉的刮泥機刮入積泥槽后部分回流，剩余部分排入污泥處理系統(tǒng)。第三部分為斜板澄清區(qū)，預沉降后的水在這里進一步去除殘留絮體，從而獲得高質量的澄清水。該澄清池回流水量僅為最大處理水量的1～4%（一般機械加速澄清池回流量為處理水量的3～4倍），較大地節(jié)約了用于回流水量的動力消耗。該種澄清池彌補了各種傳統(tǒng)澄清池的不足，具有如下特點：①板狀澄清區(qū)有較高的上升流速(5.5～10.1毫米／秒)；②能產生特別濃的回流污泥(20～ 500克／升)使回流污泥量極大減少，并可以使污泥處理系統(tǒng)省略污泥濃縮池；③可生產高質量的水（濁度低于1ntu）；④和通常用的澄清池相比，藥劑費用節(jié)約10～30%；⑤運行可靠，能耐受流量和水質變化的沖擊；⑥能用于多種水處理工藝，如飲用水凈化、水軟化、城市污水處理。由于Densadeg澄清池具有以往澄清池所不具備的優(yōu)勢，目前已在法國、德國推廣應用。相信不久的將來也將引入我國，縮小我國在澄清池方面與先進國家的差距。
(5)氣浮法：氣浮處理工藝是凈水一級處理的另一種形式。氣浮法是一個古老的處理工藝。最早的氣浮專利產生于1864年，以后的應用一直集中于冶金選礦。直到60年代美國開始使用溶解空氣氣浮處理污水。我國于60年代末建起了第一批氣浮池用于處理含油污水。1975年英國在美國給水協(xié)會第95屆年會上報道了小規(guī)模氣浮除藻實驗。79年10月英國在白霧橋水廠建成英國第一座溶氣氣浮池作為給水的處理設施；我國也于79年4月建起了溶氣氣浮池。所以從工藝發(fā)展來看，我國與先進國家?guī)缀跏峭竭M行的。近年我國的成都市建起了處理規(guī)模達20萬米3／日的大型氣浮池。從給水工藝上看溶氣氣浮是一種很有發(fā)展前途的處理工藝。它有許多優(yōu)點：①在池中停留時間短，一般為15～30分鐘，因而處理效率較高；②能有效地處理低溫低濁水；③能較好地解決除藻問題；④能對被有機物污染水體起曝氣作用；⑤氣浮法產生污泥含水率(90～95%)比沉淀池(95～99.8%)的低得多；⑥池子結構簡單，造價低。我國當前在氣浮法處理工藝與先進國家相比差距很小，也并非表現在處理工藝水平上，而是污泥的處置。國外有較完善的污泥處理手段和設備，對氣浮法產生的污泥處理不成問題，而我國由于國情所致，給水廠的污泥處理還處于未起步階段，沉淀池產生的污泥一般多重新排入水體，而氣浮法產生的污泥則不能排入水體，必須進行處理。當前氣浮產生的污泥苦于找不到適于我國國情的費用低廉的污泥處理工藝和設備，而使其普及帶來困難。
(6)過濾：過濾在水處理上一般稱為二級處理，通常是設于沉淀、澄清、氣浮等一級設備之后，用來進一步降低水中濁度。最早的過濾是使用慢濾池。這是利用生物膜過濾工藝。慢濾池出水水質高，但生產效率低。當前國內外過濾過程多使用快濾池以提高生產效率？鞛V池的過濾機理是接觸絮凝？鞛V池發(fā)展歷史已百余年，創(chuàng)造出多種池型，有四閥濾池、雙閥濾池、虹吸濾池、無閥濾池、壓濾罐等。大型水廠多使用四閥濾池及其改型的雙閥濾池。從濾料上看，使用單層砂濾料和砂、煤雙層濾料的較多，三層濾料及三層以上濾料應用較少。國外先進國家的過濾設備與我國相比在三個方面有較大改進：①濾料品種、級配的改進；②輔助沖洗的普遍應用；③自用水的降低。濾料品種和級配的改進方面，我國使用的砂濾料，粒徑一般在0.45～1.1毫米，不均勻系數K80一般選在1.6～2.0，無煙煤濾料一般作為雙層濾池的輕質濾料，粒徑多為1.0～2.0，不均勻系數K80多為2.0左右。國外正在逐步走向大粒徑、深厚度的均勻濾料，如1981年建成投產的法國圖盧茲市大衛(wèi)水廠的濾池采用的濾料為濾徑1.0～1.4毫米的石英砂濾料，厚度為1.1米。美國86年投產的被給水工程界譽為優(yōu)秀設計的洛杉磯水廠的濾池采用的濾料為直徑1.5～2.2毫米的無煙煤濾料，厚度高達1.83米。歐美許多新建的濾池都有向大粒徑、深厚度方向發(fā)展。我國近年來也有這種趨勢，但象洛杉磯水廠那樣大膽采用單層煤濾料尚未見到。
歐美國家普通使用輔助沖洗。有水表沖和氣沖兩種。水表沖有設一層的，也有在濾料層中再加設一層的。氣沖則有采用"豐"字形管布氣，也有用長柄濾頭布氣的。由于氣沖造成濾料間磨擦力加大，使濾池沖洗更干凈，故歐美國家采用氣沖更為普遍。我們水表沖早有應用，氣沖也有使用，但不普遍。其原因是加輔助沖洗后使操作復雜，并有可能引起濾料流失。隨著自動控制的發(fā)展，我國的輔助沖洗會逐步普及。
水廠的自用水主要是用于濾池沖洗，約占出廠凈水量的5～7%，節(jié)約自用水一直是給水工作者努力的目標。對于可作飲用水源的水越來越少，節(jié)約沖洗水量的意義更顯得日益突出。我國的沖洗強度設計多采用完全膨脹型沖洗，即沖洗時整個濾層全部在上升水流作用下膨脹起來，呈流化狀態(tài)。強度為13～15升／米2·秒，使用水量很大。國外近年開始搞大粒徑濾料的不膨脹沖洗。以節(jié)約沖洗水量，或采用不完全膨脹沖洗。
法國德克雷蒙水處理公司的專利--Aquazur V型濾池是一種比較先進的濾池設計。這種濾池使用單層砂濾料，粒徑通常在0.95～1.35毫米，允許擴大到0.7～2.0毫米，K80不均勻系數在1.2～1.6之間。濾料層厚度在1.0～1.5米之間，沖洗時采用水沖洗、氣沖洗和表面掃洗相結合。濾池在沖洗時完全不膨脹，避免了由于水力篩分作用而使小粒徑濾料集中于上層，該濾池沖洗時，先進行氣沖，強度為13.9～16.7升／米2·秒。水沖強度為3.6～4.2升／米2·秒。表面掃洗強度為1.4～2.2升／米2·秒。由于空氣加入使濾料相互摩擦，去除濾料表面粘附的絮體，然后在沖洗水的作用下被帶到濾料表面，濾料表面的掃洗將絮體掃入排水槽。然后停止氣沖，沖洗水繼續(xù)對濾料進行漂洗，把殘留絮體進一步帶出濾料表面，被掃洗水帶入排入槽。這是一種非常有效的沖洗，避免了濾床中結泥球。沖洗水僅為常規(guī)沖洗水量的1/4，大大節(jié)約了清潔水的使用量，表面沖洗所用的水為未經過濾的濾前水，所以掃洗時不加重濾池負擔。沖洗水、掃洗水量之和也僅是常規(guī)沖洗水量的1/3，所以此種濾池是一種濾速較高、生產能力強、省水經濟的濾池。在世界上也是比較先進的。我國已有水廠引入該種濾池。如南京市上元門水廠10萬噸擴建工程即引入該池種。另外Mediazur V型濾池與Aquazar V型濾池相似，適用于輕質濾料如活性炭、無煙煤或砂、煤雙層濾料。只不過是濾料厚度、沖洗順序作了調整。氣沖、水沖分別進行。這里就不詳敘了？傊，Aquazur V型濾池是國外具有代表性的先進濾池中的一種，有許多可供我們借鑒、學習之處。
三、絮凝劑和絮凝控制技術
給水處理中，在絮凝藥劑投加控制和絮凝劑的使用方面，我國還處于一般水平。主要反應在絮凝劑的品種少、質量低。在國外，特別是作為原水調質而采用的助凝劑較為普遍。我國這方面差距較大。在藥劑自動投加方面，大部分水廠正處于起步階段。對于國外先進的自動控制工藝，我國已開始致力于引進和研究。
1、絮凝劑和助凝劑的使用情況
目前國內外大部分凈水廠采用的絮凝劑仍鋁鹽和鐵鹽最為普遍。我公司主要使用鐵鹽絮凝劑，如三氯化鐵、硫酸亞鐵、氯化硫酸亞鐵。近幾年來，國外正研制和開發(fā)應用新型高效絮凝劑方面進展很快。引人注意的是兩類絮凝劑。一類是無機聚合物絮凝劑；另一類為有機高分子聚合物絮凝劑。無機聚合物絮凝劑有：堿式聚合氯化鋁(PAC)，聚合硫酸鋁(PAS)，聚合硫氯化鋁(PACS)以及聚合硫酸鐵(PFS)等。其中最有代表性的PAC和PAS具有對原水水質變化適應性廣，混凝凈化效果好，藥劑成本低等特點。日本在給水處理中使用PAC的普遍程度已超過了硫酸鋁。據有關資料介紹我國也有部分水廠應用。從八十年代開始，各國對有機高分子絮凝劑的研究與應用非常重視。目前應用最多的是聚丙烯酰胺類。一般根據其作用不同分為陰離子型、陽離子型與非離子型。有機高分子絮凝劑具有用量少、絮體大、污泥少等優(yōu)點。因而發(fā)展迅速。但對其毒性，各國學者看法不一，在飲用水中使用需慎重。日本對之的應用也只是在硫酸鋁處理效果不理想時作為輔助方法。英、美國家對高分子絮凝劑的使用做了最大用量的規(guī)定。美國對硫酸鋁和陽離子聚合物的組合使用越來越廣泛，因為這不僅減少藥劑用量，降低泥量，而且還增加絮體的物理強度，這對高速過濾是必需的。陰離子型和非離子型聚合物也常用作助凝劑和助濾劑。有機高分子絮凝劑在我國的應用目前僅限于高濁度水的局部地區(qū)。我國目前采用的主要助凝劑是無機活化硅酸，其作用是增加絮凝劑的骨架強度，改善絮體結構。尤其是對低溫低濁水的處理較為有效。我國使用該種助凝劑已有四十多年的歷史和經驗。其次是氯作為助凝劑，其作用是采用預氯化法破壞起干擾混凝作用的有機物，改善混凝效果。同時用氯將硫酸亞鐵氧化為高價鐵，提高混凝劑的凈化效果。但對受污染的原水，易生成以三鹵甲烷為代表的鹵代有機化合物。該類物質具有致突變活性，因此有待于深入分析和研究。
2、絮凝劑的控制投加
絮凝控制技術是凈化處理的重要環(huán)節(jié)，因此如果控制不好，既不能達到預定的水質要求，又導致藥劑的浪費。我們目前大部分凈化水廠仍沿用化驗室燒杯攪拌試驗確定投加率與經驗投加相結合的方式，人工操作投加。該方法的缺點是不能滿足連續(xù)運行的需要，也就不能隨水質水量的變化而及時調整投加量。同時由于在化驗室內做燒杯攪拌試驗與實際生產中的水力條件差距較大，因此提供的投加率僅能作為實際投加的參考值，不僅不準確，還帶來檢驗投加效果的滯后性。為了解決這些問題，近幾年來我國有的水司研究應用模擬濾池法控制混凝藥劑的投加，結果表明可達到自動控制投加，及時調整藥劑之目的，可節(jié)約藥劑10～20%。但由于模擬水力條件和生產實際的差距，必須及時修正相關關系，否則將影響投加準確性。當前國外貸款項目基本采用該種方法，國內應用尚不廣泛。
在藥劑自動投加控制方面國內還先后研究與應用過建立前饋數學模型實現計算機自動控制投加；究刂茀涤性疂岫取⑺疁、PH值或堿度、氨氮、耗氯量、水量等6項；具_到根據原水水量及水質變化及時準確改變投加量。在此基礎上又發(fā)展出建立前饋與后饋數學模型實現計算機優(yōu)化自動控制系統(tǒng)。該方法是在前饋數學模型的基礎上，又根據沉淀池出水與濾池出水濁度建立后饋控制的數學模型。這是國內外比較先進的優(yōu)化自動控制方法。上述建立數學模擬法的關鍵是要建立實用可靠的數學模型和采用多種準確可靠的連續(xù)傳感器與投加設備。由于國內連續(xù)檢測儀表與投加設備質量不過關以及在建立數學模型方面所需原始資料準確程度的差異和內容的短缺，使該項技術實施比較困難，不能得到廣泛的應用。
目前國外投藥控制發(fā)展趨勢已由多參數控制向單因子控制方向發(fā)展，因為單因子控制不要求建立較復雜的數學模型，連續(xù)檢測傳感器單一，管理維護方便。近幾年來這一技術發(fā)展很快，出現了流動電流投藥控制系統(tǒng)和絮凝控制在線檢測儀（也稱Eloo-nate連續(xù)探測器）。
流動電流(SCD)投藥控制系統(tǒng)是國際上八十年代開始應用的一項新技術，它是傳統(tǒng)技術上的一個發(fā)展，是混凝投藥控制技術的重大突破。該技術是依據混凝理論而產生的；炷碚撜J為向原水中投加絮凝劑，使水中膠體雜質脫穩(wěn)，調節(jié)混凝劑的投加量改變膠體的脫穩(wěn)程度，使之利于后續(xù)沉淀。而描述膠體脫穩(wěn)程度的重要指標是ζ電位，以ζ電位為因子控制混凝劑則成為一種根本性的控制方法。而投藥后水體剩余絮凝顆粒的流動電流與ζ電位呈線性相關，因此測其流動電流能克服測ζ電位的困難，并能反映水體中膠體的脫穩(wěn)程度。此項技術是由美國的Gerdes于1966年發(fā)明的，并開始了對流動電流控制混凝投藥的研究。直至1982年在美國將超聲波技術應用于流動電流檢測器，成功地解決了傳感器表面的清洗和微粒"膜"及時更換問題，使該技術趨于完善與實用化。目前美國、英國已有數百家水廠應用流動電流技術控制混凝收到良好效果。從美國對該技術的一項調查表明，原水濁度在10～5000ntu變化，水量變化范圍最低為10%，最高達100%時應用該技術收到良好的混凝效果，平均節(jié)約藥劑15～30%，證明該技術是成功的。流動電流(SCD)探測器的使用方法是按生產要求的沉淀水濁度確定一個流動電流值。稱為控制系統(tǒng)給定值，計算機控制中心將流動電流的實測值與給定值比較，據此調整投藥裝置的運行工況，從而改變混凝劑的投量，最終取得具有理想沉后濁度的水。但該儀器在取樣系統(tǒng)的可靠性上存在較多的問題。主要是由于取樣管堵塞造成的，此外需要定期檢查與調整SCD控制給定值，使之始終處于最佳狀態(tài)。其次該方法對于采用有機陰離子高分子絮凝劑時是不適用的。
流動電流給定值抓住了影響混凝的主要因素，其它水質、水量、藥劑、效能等因素的變化都可體現流動電流單一因子的變化上，從而實現了混凝投藥的單因子自動控制。該方法尤其對舊水廠的改造更具有實用價值，它不僅解決了水廠投藥自動控制問題，而且對提高水廠的社會經濟效益起到主要作用，同時將對水處理工藝技術的進步和現代化進程起積極的推動作用。目前我國已開始研制該種儀器的工作。
最近英國水研究中心和倫敦大學研究人員聯(lián)合研制了一種新的絮凝控制在線檢測儀器(FIOC mate探測器)。該儀器根據水中流動懸浮膠體產生的濁度波動，極靈敏地顯示絮體形成狀態(tài)，可在實驗室或現場條件下確定最佳投藥量。該方法認為絮凝劑投入水中后在水解生成的氫氧化物沉速至最大時，投藥量為最佳。投藥后氫氧化物生成時，初始濁度會升高，但隨著絮凝體的形成濁度又下降，初始濁度為最大值時的投藥量可認為是絮凝最佳投藥量，因此該儀器把光學方法和微訊息處理計結合使用，連續(xù)測定加藥后水中絮體的實際情況，同時直接調節(jié)混凝劑的投量和調整PH值，從而獲得最佳混凝效果。該儀器還特別適合于投藥閉路控制系統(tǒng)。根據檢測器輸出的信號，利用微機內的優(yōu)選公式，逐步調整混凝劑投加量，直到最佳值為止。正確選擇混凝劑投加量和PH值將大幅度節(jié)省藥劑用量，幾個月內即可償還投資費用，同時對提高出水水質，減少供水干管的污垢有很大的社會效益和經濟效益。預計該種儀器將有廣闊的應用前景。
上述兩種單因子自動控制絮凝檢測儀是國外先進技術，我國正起步研究，尚未有應用實例。因此今后應上述技術進行積極的引進和研究，根據我國國情和水質因素，提出可靠的控制方法，以縮小我國在混凝控制方面與國外先進水平的差距。
四、消毒殺菌技術和水的深度處理
消毒殺菌技術已成為給水處理中不可缺少的處理手段之一。隨著工農業(yè)的發(fā)展，自80年代起，由于部分地區(qū)的地面水源水質逐漸變差和飲用水水質要求的提高，水廠的處理工藝在常規(guī)處理基礎上向深度處理的趨勢發(fā)展。
1、消毒殺菌技術
很長一個時期以來，傳統(tǒng)的消毒殺菌劑主要是采用氯及其化合物。該方法操作技術簡單、價格低、殺菌效果好。在國外至今仍為主要殺菌方法之一，我國應用更為普遍。使用氯氣消毒我國與國外的主要差距在于投加的控制手段上，目前一般采用容量分析比色法測量投氯后的余氯值，依據其余氯值采用浮子加氯機或真空加氯機調節(jié)投加量，靠人工操作。該方法不能提供準確的投加量，只是靠經驗控制，檢驗投加效果又具有滯后性。而國外則采用自動余氯檢測儀檢測，根據余氯量反饋給自動加氯機自動調節(jié)投加量。這套設施由于國內的余氯檢測儀以及氯氨加注自動化設施有待提高，目前尚不普及。作為新的消毒劑二氧化氯和臭氧是具有發(fā)展前途的。
二氧化氯用于給水處理消毒，近年來受到廣泛的注意，主要是由于它不會與水中的腐殖質反應產生鹵代烴。一般二氧化氯在水中主要起氧化作用，而不是氯化作用，因此不容易產生潛在的致突變物--有機氯化合物。針對我國大多數水廠采用加氯消毒系統(tǒng)，改用二氧化氯在原系統(tǒng)基礎上加以改造是簡易可行的。但由于氣態(tài)二氧化氯在超過四個大氣壓的壓力時會發(fā)生爆炸，因而不易壓縮儲存，只能在使用現場制造，因此安全問題應引起注意。二氧化氯最普遍的使用方法是用它來代替預氯處理或（混凝沉淀）前加氯。即作為第一次消毒及氧化，濾后水中加氯，保持管網余氯可有效地降低三鹵甲烷的生成和保證殺菌效果。
臭氧消毒被認為是在水處理過程中替代加氯的一種行之有效的消毒方法。因為臭氧首先是具有很強的殺菌力，其次是氧化分解有機物的速度快，使消毒后水的致突變性降為最低。經臭氧消毒的水中病毒可在瞬間失去活性，細菌和病原菌也會被消滅，游動的殼體幼蟲在很短時間內也會被徹底消除。因此國際上已普遍應用，特別是法國普及率很高。近年來，臭氧還作為深度處理的方法在國外被采用。但是臭氧的發(fā)生和應用是一個高能耗技術，目前國外每產生1公斤臭氧約需4000美元。而電耗高達22度電／每公斤臭氧。這使廣泛應用受到限制，并且臭氧對細菌有顯著的后增長效果。因此近來人們注意將臭氧與其它凈水技術結合使用。如臭氧一氯，臭氧-紫外線消毒。不僅能獲得滿意的殺菌效果，還能有效地去除飲用水中揮發(fā)性有機物。據有關資料介紹，通過臭氧與其它消毒劑比較研究后得出以下結論：從消毒效果后，臭氧化>二氧化氯>氯>氯胺。而從消毒后水的致突變性看則氯>氯胺>二氧化氯>臭氧。由此可顯示出采用臭氧消毒的優(yōu)點。
2、水的深度處理
水的深度處理主要在于去除原水中的微量有機污染物，國外采用深化處理較為普遍，我國在水的深化處理方面還處于起步階段，大部分老水廠均未采用深度處理，只是部分新水廠采用了活性炭吸附處理。
目前水的深度處理主要包括：活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭聯(lián)用和生物活性炭。由于活性炭具有良好的吸附和過濾性能，所以被廣泛用于水的深度處理；钚蕴康钠贩N除粉末狀和顆粒狀外，近幾年又發(fā)展了球狀活性炭，浸透型活性炭和高分子涂層活性炭等新的品種。粉末活性炭多用于預處理，粒狀、球狀等活性炭多用于生物活性炭濾池起深度處理作用；钚蕴繉λ械闹掳┪锱c致突變物及其含酚化合物均有良好的去除效果。但由于活性炭的再生問題使制水成本大幅度增高，在我國的使用受到一定的限制。
除利用臭氧的增氯化能力與活性炭濾池聯(lián)用外，目前國外還致力于用臭氧與生物活性炭(O3·BAC)對水做深度凈化處理的研究。它是當前去除水中有機物質的較為有效的一種深度處理方法，在日本引起極大的重視。試驗和生產實踐表明，該技術具有如下特點：①能去除水中溶解性有機物；②能降低TOC，COC及氨；③能降低進水中三鹵甲烷母體；④對色度、鐵、錳酚都有去除效果；⑤能使Ames試驗為陽性的水成陰性。但由于該技術耗電量較大，使用尚不普及。
近年來，國內外還開展了光化學氧化法去除水中優(yōu)先污染物的研究。1987年同濟大學進行了紫外線--臭氧(UV--O3)進行深度處理的研究獲得令人滿意的效果，與此同時還進行了采用低壓汞燈為光源，以二氧化鈦為催化劑的光催化氧化處理有機優(yōu)先污染物的試驗，獲得良好的效果。但這些研究目前還未達到應用于生產的階段。我國在這方面的差距主要表現在采用深度處理的普及程度低。隨著我國改革開放的深化，國力的增強，相信定會逐步縮小這一差距。
因作者水平有限，文中不足之處在所難免，請同行批評指正。
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