新水质标准下 现有自来水厂技术改造对策

　　在今年8月3日的2007水业高级技术论坛上，清华大学环境科学与工程系教授的刘文君教授以《应对新水质标准的现有自来水厂技术改造对策》为题进行发言，以下内容根据发言内容整理（未经本人审核）。

　　我主要讲4个方面的内容，第一个是新标准的特点，第二个是我们原始水源存在的问题，第三个是线网的工艺和现状，第四个是讨论。
　　我们水质的指标是106项，其中常规42项，非常规的64项。常规里面包括微生物学4项，毒理学是15项，无机物是12项，有机物是3项，等等。非常规的微生物学是2个，毒理学是59项，无机物是9项，有机物是54项等等。我们对新的标准做一个特点的分析，就能发现主要是微生物的增加，说明我们对微生物的安全性和重视的程度要大大加强。
　　消毒剂从过去的1项增加了4项，所以这应该引起我们的关注。无机物从10个增加到了21个，有机物从5个增加到了53个，感官指标从15项增加到了20项，在没有增加的里面修订了8项，像总大肠杆菌是从1CFU/L到不得检出，硝酸盐是从20毫克/升到10毫克/升。
　　分析了新的标准以后，我们对新的标准有所理解。第一个是加强了对有机物、微生物和消毒等的要求，统一了城镇和农村饮用水卫生标准，基本实现了饮用水标准与国际接轨。
　　所以，这里要注意一点，我们只是说标准已经接轨，但是我们的水质能不能接轨不好说，因为我们能不能达到标准不好讲。再一个达到这个标准是一个及格的标准，不要以为我们达到这个标准以后，就是水平很高了。在美国做每个标准的时候一定是高于国家的标准，国家的标准是考虑全国通用的情况，每个地区会定一个更严格的标准。所以，我们只能说标准已经跟国际接轨了，但是水质要看我们水厂改造的情况。
　　水源现在污染严重，我们自来水的处理是代人受过，因为水源不归我们管。我们希望各个部门能够把水源管好。去年环保局的公报上说，全国的745个地表水国控断面中，3类以内的水体只占40%，有48%属于劣V类水体，其中城市河段的污染更为严重。湖泊和水库的污染十分严重，全国27个国控重点湖、库中3类以内的水体只占31%。主要的污染物是氮、磷、藻，还包括藻毒素和其他有可能引起我们水质变化的其他的有机物。
　　10年之内我们的水源水质不会有根本性的好转，能够保持我们现在这个现状就很不错。所以上一次去太湖，我有一个观点是，不要以为我们国家很重视，花很多钱，就意味我们的水源水质有很大的好转。技术有作用，但是作用有限。现在的发展模式决定了我们的水源水质不可能有一个根本的好转。
　　水源的污染物第一个是耗氧量，日本是用高锰酸钾来表示，他们的3相当于我们的1，所以我们的3不是一个最危险的标准。氨氮本身对健康的危害并没有那么大，根据WHO的指南，如果氨氮对人体有害基本上在37.5毫克/升以上。但是它有其他的危害，第一个它预示着水源受到污染，还有对于消毒有比较大的影响。微量有机物还没有引起我们高度的关注。因为我们现在更多探讨的是耗氧量和藻类和嗅味，对于微量有机物还没有重视。对于致病的微生物，这个会对我们有比较大的影响。还有藻类，据我了解，大多数的水源基本上都有，只不过是引起注意和没有引起注意，或者是公开或者是没有公开的问题。再一个就是臭、味，因为老百姓对于水质不是很了解，臭、味是最直接、最敏感的，包括颜色和浊度可以看出来。臭、味的健康危害比那些看不见摸不着的小一点，但是它的关心点是比较大的，因为它直接可以闻到。还有其他的污染物。
　　我们回过头来说水处理工艺的问题，第一个是控制水传播致病微生物，2004年美国工程院评选20世纪20大水工程进展里面排在第4位，就是水处理对于致病微生物的控制，大大保护了人类身体的健康。这个可能大家有切身的感受，比如说国内以前的霍乱还是比较多的，有了水处理之后得到了很大的改善。
　　再一个是控制水中化学污染物，就是有毒物质的控制。这可能是会拉肚子或者是感冒等等，那么它的积累需要十几年或者是几十年的积累，当您感觉有问题的时候已经来不及了。
　　一个是提高水的舒适度，在健康的前提下，我们要求水质口感比较好。这里面包括颜色、臭、味和口感等等的问题。这个是我们的一个目标。
　　我们传统的处理工艺就是混凝、沉淀、过滤、消毒。我们不能批评它，因为目前在全世界它仍然是主流的处理工艺。包括美国和加拿大，当然跟他们的水源水质好有关系。对于中国来讲，大多数这样的工艺是有优点的，但是针对我们国内的情况，它有它的局限性。已经不能满足我们现在社会的水质要求了。
　　第一个方面就是刚才说的，因为我们的水源已经被污染了，常规处理工艺以前针对的不是我们现在的水质问题，它主要是针对水中的无机颗粒物的问题。第二个是水质标准越来越严格，第三个就是消毒的问题，还有微量有机物的问题，常规处理工艺无能为力，所以我们要采取新的技术组合，才能有安全、干净的生活饮用水。这个是我想讲的工艺改造的问题。我们现在要改造的有几个方面？第一个方面是采用预处理，预处理加在水处理工艺的前面。还有一块可以在水处理工艺和常规处理工艺后面加深度处理。还有一个是消毒。中国是99%，其他的国家，比如说美国45%以上采用的是氯消毒。这个消毒怎么改进，下面我分别来讲。
　　预处理我们有几种方法，第一个是氧化法，一个是化学氧化，一个是生物氧化，化学氧化有氯气预氧化、高锰酸钾预氧化、二氧化氯预氧化，还有臭氧预处理。生物氧化是生物滤池和生物接触氧化。再有预处理的方法就是吸附法，这是粉末活性炭，这是运用最广泛和最有效的方法，还有粘土吸附，这在南方的一些地区也在使用。
　　这个是浙江的水厂运行图，运行了好几年，效果还不错。
　　这个是化学预氧化的，我们水处理工艺化学的氧化，通常是以不变应万变，根据我们水质的变化加活性炭等等的东西。特别是活性炭，为了应急，很多的地方都上了。从水处理的观点看，针对水处理的变化，我们要应对不同水质的特点。
　　还有一个是常规工艺的改进，国内很多是水力的改进。我个人看到，机械的是比较好的，比如说机械加速澄清池，对于水质的改善和负荷的变化是有很大的帮助的。因为国内很多的水厂的负荷是变化很大的。比如说珠海，它的处理能力是80万，采用了加速澄清池，效果很好。另外一个就是Actiflo澄清池，在北京改造，改造之后效果很好。再一个是强化混凝，这个在美国有特殊的含义，调pH值，加注凝剂、增加混凝剂量。我们的常规工艺可以达到1.1，广州的水厂管理好的时候可以到0.04。澳门的水厂基本上是0.04到0.15，所以达到1.1以下不是很困难的。
　　还有一个是浮沉池，这个很有用，因为我们国内很多地方的藻类爆发是季节性的。所以在沉淀池的前面，改一段为气浮，如果有藻的时候把气浮打开，如果没有的时候就关了。这个对于藻类的爆发会有一个适应性。还有过滤，这个文章做得不是很多了，因为这个要保证浊度。像生物滤池和强化过滤，能不能保证浊度？像炭砂过滤在国外是很有用的，在美国有很大一部分比例是这种滤池。还有翻板滤池，这个对于水质的改善不是特别地明显。
　　还有一个是深度处理，用得最多的就是臭氧活性炭。北京用的活性炭吸附都是用的臭氧活性炭。广州和深圳的水厂等等，做完了臭氧活性炭的效果还是不错的，兰州的水质也还是比较好的。但是这有一个微生物的安全性问题。我们今年对于广州的水厂进行了研究。到目前为止用了臭氧活性炭之后，出水量有没有增加，我们新的结果会报告给大家。还有一个问题，臭氧活性炭的微生物是不是抗氯的。去年我们在美国调研的时候，他们发现臭氧活性炭的微生物是从炭上长出来的，而且消毒不太容易控制，所以他们改成了紫外线加氯的方式。所以我们想看一下有没有影响，但是有一个结论，它的微生物的量增加了很多，包括颗粒物也增加了很多。包括膜过滤，刚才陈总已经讲了很多了，我不多讲了。我认为技术上没有什么问题，就是成本上的问题。
　　再有就是消毒，刚才讲了消毒副产物，我们现在跟美国一样，对加氯量有限制，以前我们只对余氯有限制，现在对于氯的浓度也有要求。所以，也不能太高，对于氯的副产物的要求也比较严。我们国内大多数采用了氯消毒，对于消毒的方式进行优化，一个是优化氯消毒，一个是采用统合式的IDDF消毒设计框架，这个是提高了水力和时间，通过改进能源的消毒方式。还有顺序消毒技术，这个对于微生物和消毒副产物的控制也是有用的。
　　再一个是紫外线的复合消毒。我们在东莞做了一年的试验，结论是紫外线对于水中微生物的控制很有效，而且成本不贵，月均的费用是在0.015元以内。但是必须要考虑到紫外线没有持续的效果，要保证安全性。
　　还有采用二氧化氯和臭氧。
　　上面我们讲了水质的特点和工艺。我们下面讲什么样的水质用什么样的工艺。
　　首先是对有机物进行分析。笼统来讲有机物是TOC，一个是溶解的DOC和不溶解的POC。DOC里面又分微生物能降解的BDOC和不能生物降解的NBDOC，BDOC里面还有AOC。不同工艺单元对于有机物的去除能力，我们做了一个常规性的混凝沉淀。对于有机物的处理，以特性来划分，我们经常用分子量来表示。1万到10万之间的混凝沉淀可以去除。当然颗粒性的有机物是完全可以通过混凝沉淀去除的。活性炭去除力也很有限，3千到1万混凝沉淀可以有效去除，生物处理可以部分去除，但是活性炭处理不了。在1千到3千之间的混凝沉淀去除很有限，有机物分布大部分的组成是在3千以下的，再用混凝基本上是没有作用的。生物处理可以去除相当一部分，活性炭吸附就很有效的。那么500到1000的混凝沉淀去除不了，还会有增加。因为混凝当中，混凝和有机物结合，会有增加。生物处理可以部分去除小于500的，混凝沉淀基本上是没有作用的。活性炭对于500到1000的和500以下的都有很好的效果。所以，水处理是科学的。把它的特点分析清楚以后，它是有规律可循的。
　　不同的工艺单元对有机物去除能力不再仔细讲了，主要讲膜处理的特点、工艺改造时候的费用。我们以常规工艺作为参照，活性炭对于有机物的去除可以增加20%到50%，对于亚硝酸盐去除不大，但是对于味道有一定的效果，活性炭每天增加80~100元，转运转费用是增加0.1~0.15元，对于氨氮是有少量的效果，对于亚硝酸盐也有少量的效果，对于色、臭味是很有效果的。对于AOC是有部分的效果，对于Ames活性炭是很有效。生物处理主要是去除氨氮，对于有机物处理有限，大概在20%左右。这个增加的费用是每天100元左右，运转的费用是0.1元左右。强化混凝可以部分去除有机物，运转费用是增加0.02~0.05元。强化这个改造之后可能要曝气，运行的费用大概是2分钱。
　　深度处理工艺的选择，我们提到不同的水质和处理情况，第一个是藻类含量较高的水库水，一般是SS、氨氮、COD均较低，用臭氧预氧化、混凝气浮、臭氧、活性炭工艺。
　　一般水源水是氨氮小于1.0毫克/升，COD小于6毫克/升。是用源水、混凝、沉淀、砂滤、臭、活性炭。氨氮浓度比较低，COD的程度比较高的是通过强化混凝、沉淀、活性过滤然后臭氧加活性炭。最后一种情况是氨氮和COD都比较高，是生物处理和强化混凝然后沉淀加活性炭最后是臭氧加活性炭。
　　我个人认为膜技术应该是21世纪最有前途的一个工艺。膜处理加上活性炭的吸附，加上紫外线消毒，我认为是最理想的工艺。现在我们正在做试验，现在在济南用立昇的膜在做，初步的结果对于藻类的去除效果很好。但是我们现在做的时间比较短，还继续在做，所以这个速率还需要进一步完善。我个人认为膜处理的选择一个是混凝、沉淀、过滤加粉末活性炭加超滤。但是这个过程太长了，我个人倾向不要过滤。第二种是原水经过混凝、沉淀、粉末活性炭、超滤。第三种是原水经过混凝、沉淀、活性炭过滤、超滤。粉末炭吸附的容量是跟混凝的程度有关，所以要控制水质。我们要求的目标都很低，比如说藻毒素的吸附量都是很少的，所以这个时候活性炭的长期使用效果更好一些。第四种是原水经混凝、沉淀、超滤和活性炭过滤。
　　工艺要根据不同的水质情况进行选择。
　　第一个照片是兰州水厂运行的照片；第二个是新加坡的膜处理实例，这可以处理到连污水都可以喝的程度，所以这只是成本问题；第三个我要讲一个特殊的例子，这就是紫外线的高级氧化处理，现在的活性炭很好，但是有一个缺点，它只是把一个污染物转移到活性炭表面，并没有把它分解。那么转移之后怎么办？长期应用的话，活性炭还需要经过一个处理，从我们长期使用的角度讲，还需要无害化。比如说硝基苯，我们用高级氧化就把它去掉了，可是使用活性炭就仅仅是转移了，我们学校有一个老师用紫外线去氧化，发现紫外线对硝基苯的分解效果非常好。紫外线高级氧化工艺现在有一个实例，就是在荷兰的PWN水厂，这是全球使用紫外线在高级氧化处理方面的一个实例。他们的标准是比较严的，每天10万吨，效果非常不错的，这是他们厂外围的情况。
　　所以我们想国内也可以开展相关的研究，就是高级氧化在水处理当中的应用，这是有成功实例的。
　　我们国家“863”的时候为我们的南方地区安全饮用水保障提供的技术支持，北方地区安全饮用水保障提供的技术支持，还有太湖地区安全饮用水保障技术支持，所以包括很多水环境的监测和改善，很多的核心都是饮用水的安全。在“十一五”的时候我们国家会投入大量的经费改善水质，所以我个人对于我们提高水质抱有希望。谢谢大家！
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编辑：全新丽