導(dǎo)語(yǔ)：隨著對(duì)飲水安全和供水水質(zhì)要求的逐漸提高，針對(duì)美國(guó)水廠先進(jìn)運(yùn)行方式的研究也逐漸增多，但現(xiàn)有的研究主要集中在美國(guó)水廠的某一工藝或某一工段，幾乎鮮有從全流程層面的剖析。立足對(duì)中美兩國(guó)多個(gè)水廠實(shí)際運(yùn)行情況的調(diào)研，從原水、混合、絮凝、沉淀、過濾等工段全流程的分析兩國(guó)在常規(guī)處理工藝運(yùn)行策略中的相同與不同之處，在對(duì)比的過程中，發(fā)現(xiàn)諸多美國(guó)水廠在設(shè)計(jì)、運(yùn)行中的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和理念，例如美國(guó)水廠出水濁度一般控制在0.1 NTU以下，甚至穩(wěn)定在0.03～0.05 NTU范圍內(nèi)，而我國(guó)水廠出水一般為0.2～0.8 NTU;美國(guó)沉淀出水濁度通常在0.5 NTU以下，而我國(guó)通常為0.8～3 NTU;美國(guó)濾池通常采用煤砂雙層濾料，濾池反沖洗周期為3～4d。在運(yùn)行方面，美國(guó)水廠實(shí)際運(yùn)行水量通常為設(shè)計(jì)水量的50%，而我國(guó)水廠通常為滿負(fù)荷運(yùn)行。這些經(jīng)驗(yàn)和理念可在我國(guó)水廠工藝升級(jí)和提標(biāo)改造中加以參考和借鑒。

目前，我國(guó)頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)和《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ/T206—2005)都要求飲用水的濁度不高于1 NTU，絕大部分水廠濾后水濁度可以滿足此要求，但很難將這一指標(biāo)降至0.1 NTU以下，部分水廠出水濁度達(dá)到0.3 NTU以上。相比而言，美國(guó)聯(lián)邦飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求95%以上濾后水樣品濁度不大于0.3 NTU。在未加設(shè)深度處理工藝，僅利用優(yōu)化常規(guī)處理工藝的情況下，美國(guó)相當(dāng)部分水廠出水濁度可降至0.1 NTU以下，甚至穩(wěn)定在0.03～0.05NTU范圍內(nèi)。

濁度對(duì)于給水處理來(lái)說(shuō)是一個(gè)至關(guān)重要的水質(zhì)指標(biāo)，降低濁度的同時(shí)也降低了水中的細(xì)菌、大腸菌、病毒、隱孢子蟲、鐵、錳等。研究表明，當(dāng)濁度控制在0.1 NTU以下時(shí)，賈第鞭毛蟲、隱孢子蟲去除率達(dá)99.9%以上，越低的濁度水平代表著越小的微生物風(fēng)險(xiǎn)和越高的供水質(zhì)量。錢孟康、姚宏等學(xué)者均對(duì)美國(guó)水廠的運(yùn)行情況進(jìn)行探討，但這些研究只局限于討論某些工藝和某一工段，并未通過對(duì)全流程參數(shù)分析而掌握其運(yùn)行策略。因此，挑選中美同緯度下(北緯36～42度)具有代表性的三個(gè)地表水廠進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析，以求找出中美水廠設(shè)計(jì)運(yùn)行中的相同與不同，以及挖掘美國(guó)水廠運(yùn)行過程中值得借鑒的理念和經(jīng)驗(yàn)，為將來(lái)我國(guó)水廠水質(zhì)提標(biāo)改造提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

1原水水質(zhì)對(duì)比

美國(guó)三個(gè)水廠均位于賓夕法尼亞州中南部地區(qū)，中國(guó)三個(gè)水廠均位于山東省，各水廠水源水的比較見表1。

表1 中美水廠水源水水質(zhì)對(duì)比

由表1可見，美國(guó)賓州AB兩水廠水源皆取自河流，如薩斯奎哈納河等，美國(guó)C水廠取自水庫(kù)。中國(guó)三個(gè)水廠皆取自水庫(kù)水。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，由于美國(guó)對(duì)水源保護(hù)力度大，使得其原水水質(zhì)條件優(yōu)于我國(guó)。因此，為保證后續(xù)工藝的可比性，兩國(guó)所選水廠原水水質(zhì)相近。由表1可見，中國(guó)水廠TOC數(shù)值總體略高于美國(guó);而美國(guó)A和中國(guó)A兩水廠UV254數(shù)值較高，其他水廠之間差別不大。在濁度方面，我國(guó)水源水有明顯冬低夏高季節(jié)性變化的特點(diǎn)，例如中國(guó)山東B水廠，其冬季原水濁度為4～8 NTU，但夏季濁度會(huì)升至30 NTU。因此，綜合考慮各水質(zhì)指標(biāo)的代表性，確定以濁度作為典型指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。

由實(shí)際供水量和設(shè)計(jì)水量對(duì)比可見，國(guó)內(nèi)水廠基本都按照設(shè)計(jì)水量滿負(fù)荷運(yùn)行，美國(guó)水廠實(shí)際供水量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水量。基于保證用水水量的考慮，美國(guó)水廠通常以未來(lái)10～20年的最高日需水量來(lái)確定設(shè)計(jì)水量。美國(guó)AB水廠分別為新建和新擴(kuò)建水廠，因此調(diào)研時(shí)的實(shí)際運(yùn)行水量?jī)H為其設(shè)計(jì)水量的50%左右。美國(guó)C水廠建于20世紀(jì)90年代，由于該市人口減少和工業(yè)萎縮，調(diào)研時(shí)的實(shí)際運(yùn)行水量?jī)H為其設(shè)計(jì)水量的33%。

在水廠工藝方面，所選的美國(guó)水廠都以常規(guī)處理工藝(即混合/絮凝/沉淀/過濾)為主，中國(guó)B、C水廠則是常規(guī)工藝與深度處理相結(jié)合。除美國(guó)C水廠外，其余5個(gè)水廠皆采用了預(yù)氧化處理，所投藥劑以高錳酸鹽為主，僅中國(guó)C水廠使用臭氧預(yù)氧化，臭氧投加量約為1mg/L。在深度處理工藝選擇上，美國(guó)三個(gè)水廠都僅采用了常規(guī)處理，未選用任何深度處理工藝;而中國(guó)B、C兩水廠為保證出水水質(zhì)，分別增設(shè)了超濾膜處理和臭氧-活性炭工藝。因此，水廠之間的對(duì)比僅圍繞常規(guī)工藝展開。

2常規(guī)工藝運(yùn)行策略對(duì)比

2.1 混合工段對(duì)比分析

表2為中美水廠混合工段對(duì)比分析。由此可見，美國(guó)水廠的混合系統(tǒng)與我國(guó)基本相似，都是以機(jī)械混合和管式靜態(tài)混合兩種混合方式為主。不同的是，兩國(guó)混合時(shí)間不同：我國(guó)水廠混合過程一般需50～60s，而三個(gè)美國(guó)水廠使用超高速混合設(shè)備，使得混合時(shí)間全部小于30s。越短的混合時(shí)間表明藥劑水解的概率越低，越有利于混合過程的進(jìn)行。因此，在后續(xù)國(guó)內(nèi)水廠改造中，可通過改良設(shè)備縮短混合時(shí)間，提高混合效果。

表2 中美水廠混合工段對(duì)比

混凝劑投加量方面，為保證TOC去除效率，通過增加藥劑投加量來(lái)強(qiáng)化混凝過程，美國(guó)賓州的AB兩水廠PAC投加量高達(dá)45和50mg/L，而我國(guó)三個(gè)水廠PAC投加量不超過17mg/L。在合理范圍內(nèi)提高混凝劑投加量，會(huì)增加顆粒物參與吸附架橋、網(wǎng)捕與卷掃等作用的機(jī)會(huì)，有利于破壞膠體聚集穩(wěn)定性，提高混凝效果。另外，美國(guó)水廠一般在原水水質(zhì)變化時(shí)都進(jìn)行燒杯實(shí)驗(yàn)，以確定最適加藥量，避免投加量過大而導(dǎo)致膠體再穩(wěn)定，此操作理念值得國(guó)內(nèi)水廠學(xué)習(xí)。

2.2 絮凝工段對(duì)比分析

表3為中美絮凝工段對(duì)比。

由表3可見，調(diào)研的美國(guó)三個(gè)水廠皆使用機(jī)械絮凝工藝，而我國(guó)山東AB水廠均采用折板絮凝。折板和網(wǎng)格絮凝方式難以調(diào)節(jié)水力條件，很難通過改變能量投加來(lái)達(dá)到最優(yōu)的控制參數(shù)。而機(jī)械絮凝可根據(jù)水質(zhì)和藥劑投加量控制每級(jí)的功率和攪拌速度，以適應(yīng)季節(jié)和水質(zhì)的變化。在絮凝時(shí)間上，中國(guó)的三個(gè)水廠受設(shè)計(jì)規(guī)范制約，一般都控制在15～20min。而美國(guó)賓州《公共供水手冊(cè)》建議20～30min的絮凝時(shí)間，美國(guó)《飲用水水廠十州建議標(biāo)準(zhǔn)》建議至少30分鐘的絮凝時(shí)間。

編輯：王媛媛