给水常规处理技术的现状与发展前景

摘要:本文论述：给水常规混凝处理工艺是有生命力的自来水制备工艺，当进水满足水源水质量标准时，都能生产出合格的饮用水。针对小部分城镇自来水厂的进水，达不到水源水质量标准，影响制出水水质不达标的现实情况，提出4个可能的深度处理方案。并从水质保证、技术难易、成本高低等几项指标进行分析对比，论述其可行性及适应范围。指出絮凝—沉降池出水直接进入活性碳滤池处理，能在基本不改变工艺流程与设备的情况下，制出优质饮用水，费用—效益也比较合理；使用家庭净水器制直饮水是简单、实用和省钱的办法。文章最后对给水絮凝剂的发展提出一些讨论意见。

一.     给水混凝处理工艺是有生命力的自来水制备工艺

现代城市自来水厂生产生活饮用水水己有100多年的历史，一直是采用以混凝沉降为核心的常规处理工艺。此法能把水中的胶体物质、微生物以及细悬浮杂质，以絮体形式去除，混凝沉降出水的浊度一般小于4NTU,微生物去除率达95%以上，并且能保存水中原有的有益矿物质和微量元素。出水经砂滤和消毒后制得合格的饮用水。

这一常规处理工艺的最大特点和优点是，简单实用，一举解决城镇居民的饮用水和生活用水；相对费用低，成为广大群众用得起的生存和生活不可或缺的依靠，长期以来成为国内外绝大多数城镇自来水厂采用的饮用水生产工艺。

混凝的主要功能是脱除水中的胶体物质和微生物。当水源水质受污染，主要是水溶性有机污染物和重金属离子超过进厂水质要求时，不能仅靠这一常规处理工艺，制取合格的饮用水。在这种情况下，给水混凝沉降处理工艺是否仍然会是适用的先行工艺？我们可从几方面来进行简要分析。

地面水源水，浊度（胶体物质为主）通常在15～50mg/L范围，春、夏季节江河水浊度常在50～100mg/L范围，通过混凝沉降，能经济有效的脱除水中的胶体物质及微生物，这是制取自来水的重要指标；但是，我们不能够用“砂滤”有效脱除水中的胶体物质和微生物；现有的超滤、活性炭、反渗透等处理材料，直接用于净水，虽然能去除胶体和微生物，但运行时间不长，材料自身容易被击溃；此外，居民饮用的自来水仅占自来水总量的4%左右，其余96%用做居民生活用水任何时候都是达标安全的。因此，我们不宜因为水源地受污染，水厂达不到合格饮用水标准而忽略了传统工艺的重要作用。使用受污染的水源水生产自来水时，混凝沉降处理仍是必要的先行技术。

2004年，美国工程院将给水常规处理工艺，列为人类20世纪最重要发明之一，是对混凝—沉降为核心的常规自来水处理工艺的宝贵总结。

二. 解决水厂饮用水水质不达标的可行途径

我国城镇自来水饮用不合格率约占20 %。面对这一问题，业内人士普遍认为，积极改善水源环境，开辟合格新水源，是解决饮用水安全的根本措施。

当自来水厂因水源地污染，不能制出合格饮用水时，采取后续深度处理是必要的。迄今为止，有几种深度处理制取合格饮用水方案被采用过。下面以活性炭滤池为例对深度处理作简要介绍评述。

1   水厂对自来水继续100%深度处理（大集中法）

     砂滤池（出水）→活性炭滤池→消毒池→水管道→用户→（饮用水＋生活用水）

此法采用完整的深度处理，容易制出优质的饮用水。问题在于工程投资及制水费用都大大增高。在这种情况下，把占总量95%以上本已卫生安全的生活用水也一并进行深度处理，变得难以推广。迄今，国外发达国家也只有11%左右的水厂（主要是小水厂）采用此法深度处理。

2.   水厂对5%自来水继续深度处理（小集中法）

     砂滤池（出水）→活性炭滤池→消毒池→水管道→用户→（饮用水）

此法只对5%左右的自来水继续深度处理，与大集中法相比，其工程投资及运行费用都大幅降低，制水大方向很理想。但是出水需要新辟一套水管道，才能把饮用水输送到用户，限制了它的应用。

对新开发的居民区、工业区、大型旅游度假区等，如有需要采用此方案，也要铺设两套上水管道，但工程费用降低，制水费用相应减少。一些新建居民区、大型高级宾馆等，不少采用这一方案。

由自来水厂直接把5%左右的处理水进一步搞成罐装水，廉价（微利）投向市场，估计费用将降到现行罐装水的的1/3—1/4。当前，国内外罐装水市场有不断扩大趋势，由自来水厂直接生产罐装水这一新举措，或将是有发展前景的。

3.   使用家庭净水器制备饮用水（大分散法）

     自来水管道（水）→用户→家庭净水器→（饮用水）

家用净水器早已有成熟制备技术，市场有不同种类的定型模块组合商品供选用，有需要的城镇（片区）的用户不难买到适用净水器，价格一般在3000元/套以内。选购后，供应商会派人来安装调试，不到一个小时，就可以喝上合格的直饮水。以后，供应商会定期来检测或更换滤芯。笔者应用活性炭净水器净化已有26年的历史，期间多买了1个定型滤柱，到时自己更换活性炭滤芯、绵纸滤芯，三口之家，一年所多花的材料费用不到100元，很省钱、实用。

媒体报道，国内一些大城市有逾20%的家庭已采用家庭净水器制饮用水。美国近25%的家庭有家用净水器制饮用水，一种内置活性炭滤水器的新款电冰箱，受到用户青睐，争相购买。

家庭净水器深度处理自来水中微量污染物的同时，避免了水厂出水重受老旧管网、消毒剂、高楼天台水池等的二次污染，也有利于应对因水源突发事故带来的水质意外污染。笔者认为这是一种用户自行解决饮用水问题的可行办法。宾馆、饭店、办公大楼、饮食行业等需要时也不难选用相应规格的净水设备。

三种方案综合比较

三. 絮凝沉淀池出水进行深度处理（捷径集中法）的初步论证

      沉淀池（出水）→活性炭滤池→消毒池→水管道→用户→（饮用水＋生活用水）

此法是将混凝、絮凝沉淀池出水，直接进行深度处理。这样，水厂可省去砂滤工序，把砂滤池改投颗粒活性炭，成为深度处理设备，制得饮用水。与前面大集中法相比，基本省去工程投资，运行费用约可节省过半。是否现实可行？需要做一些基本实验检验。

1.    强化絮凝沉降，进一步降低沉淀池出水残留小絮体和胶体物质

沉淀池出水与砂滤池出水的水质差别，主要是残留水中小絮体含量的差别。在无机铝（铁）混凝基础上辅以少量高分子絮凝剂，能强化絮凝效果，使沉淀池出水中的残留小絮体进一步减少。笔者在2001年做过一些实验，通过在混凝搅拌区投加少量PAM或CG-A，检测出水浊度。小试结果整理如下表：

结果表明，经投加0.2mg/L PAM或CG-A（无毒天然絮高分子絮凝剂）后，沉淀池出水残留飘浮物小于2mg/L。适于直接进入活性炭滤池。  

2. 进水对活性炭滤柱与砂滤柱的堵塞模拟试验

本实验在于验证沉淀池来水中的残留小絮体对活性炭滤柱的堵塞和吸附性能的影响。通过与砂滤柱的过滤性能对比，综合评价活性炭的应用性能。

限于实验条件，实验装置在住户现场由两个等体积滤柱（Φ20x350mm)及管件组成，分别按快滤池速度连续注入模拟沉淀池出水（SS. 5mg/L)，直至滤柱堵塞为止，记录运行时间，检测相关数据。实验结果如下表。

注：表中的浊度是用比浊管对比测定，仅作参考。

从上表看出，活性炭柱进水8天，未见堵塞迹象，砂滤柱进水7天，中间己反冲洗2次。对比两根玻璃滤柱，后者底部（进水管段）可观察到悬浮杂质聚集，是堵塞迹象；前者整条柱子显均匀黑色，表明悬浮杂质分散在活性炭层空隙。提示活性炭柱的更换，主要受碳层饱和吸附容量制约，在制水应用过程，两个串联的活性炭滤柱中的前置滤柱，或可在吸附容量接近完全饱和的时候才更换。

经初步框算，捷径大集中法与传统大集中法相比，制水浊度没有什么大差异，微量水溶性污染物能有效脱除；工程投资节省80%以上（利用砂滤池作适当改造）；运行费用可节省60%（扣除砂滤费用）。但与现行常规自来水工艺相比，生产1吨饮用水将增加活性炭碳成本费0.4-0.6元。费用—效益尚可。

四. 对我国给水常规处理技术发展的讨论

1. 展望21世纪相当长的时间内，给水混凝处理工艺仍将会是有生命力的自来水制备工艺。预计10年左右时间，我国水源地水质会得到基本恢复。

2. 将絮凝净水与活性炭净水融合在一起的制饮用水技术，是有新意的技术。或值得水处理同行专家学者们进一步研发完善。

3. 我国给水用混凝剂主要是无机铝盐类，有其局限性。建议加速开发壳聚糖及其衍生物的应用。理由是，壳聚糖分子链上有众多游离氨基、羟基等活性基团，有良好的化学吸附性、螯合性；是唯一带正电荷的弱阳离子型无毒高分子絮凝剂。在给水处理中能发挥其吸附架桥作用。对脱除水源水的浊度和吸附微量有机污染物，具有一定的优越性。

4. 全能水处理剂的中国梦：水质不管多复杂，概而言之就是三种：悬浮物、胶体物和水溶物。当代的絮凝剂能把水中的胶体物（粒度约在1μ至0.0001μ之间）凝聚，连同微生物、悬浮物共同以絮体形式去除，就差低分子水溶性杂质不能脱除。当今信息时代，参照“大数据＋云计算”的生产管理模式，我们或有可能开展研究设计，开发新型全能水处理剂，用于水处理。比如上述壳聚糖絮凝剂，本身己有絮凝与吸附功能，但是吸附、螯合性能不够强，分子量也不够大。我们不妨有人对壳聚糖深入研究，引入新的具有吸附性、螯合性等的功能基团；同时通过接枝共聚等方式，使药剂分子量增大；借鉴国内外相关研究的大数据，在计算机帮助下，研发絮凝—吸附剂及其应用技术，用于给水和废（污）水处理选用。这无疑是技术难度很大的工作，也是技术创新的攀登课题。优质全能水处理剂的每一步新突破，都将是水处理技术发展的新成果，最终实现全能水处理剂的中国梦。