美國C水廠，因?qū)嶋H運(yùn)行水量遠(yuǎn)低于設(shè)計水量，其絮凝工段停留時間高達(dá)80min。美國A水廠其設(shè)計水量為1.5萬方，但為了方便將來提高設(shè)計產(chǎn)量，修建了0.8萬方毛坯濾池，在沉淀池預(yù)留了0.8萬方斜板空間，同時將絮凝池直接按2.3萬方設(shè)計修建，導(dǎo)致絮凝工段停留時間高于設(shè)計值。同時美國水廠一般會考慮在其中某個運(yùn)行單元檢修停水時，其他單元也要滿足設(shè)計要求，會實(shí)際多修建一個單元。這也是美國水廠絮凝時間和其他設(shè)計參數(shù)比較保守的原因之一。

另外，美國水廠在日常檢測中，會根據(jù)混凝段(包括混合和絮凝)出水濁度評價此工段運(yùn)行效果，并根據(jù)數(shù)值和絮體性狀調(diào)整工段運(yùn)行。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)水廠往往只檢測進(jìn)水、沉淀池和濾池出水濁度，而忽略了對混凝段出水絮體的檢測和評價。

2.3 沉淀工段對比分析

表4為中美沉淀工段對比。由表4可見，美國三座水廠所用沉淀方式為斜板沉淀或斜管沉淀，這兩種沉淀方式在美國普遍采用，而平流沉淀使用很少。國內(nèi)水廠仍普遍使用平流沉淀池，僅在寒冷地區(qū)多采用斜管沉淀。與平流沉淀相比較，斜板沉淀和斜管沉淀可以有效提高單位池面積的產(chǎn)水量和降低出水濁度。

表4 中美水廠沉淀工段對比

對于沉淀池排泥周期，中美兩國并無太大差別。根據(jù)運(yùn)行情況不同，我國水廠的排泥周期通常有6、12、24h等。不同的是，我國排泥多采用刮泥機(jī)、吸泥機(jī)等設(shè)備，但美國水廠排(刮)泥設(shè)備先進(jìn)，如使用自動化池底污泥清掃器，對節(jié)水和污泥處理大有好處。

另外，值得注意的是，由于良好的混凝及沉淀效果，美國三個水廠沉淀池出水濁度已降至0.5NTU以下，美國C水廠甚至降至0.2NTU。而中國的三個水廠同工段出水濁度仍在0.8～3NTU之間，由此可見兩國的濁度差距在沉淀段出水已然明顯。

2.4 過濾工段對比分析

表5為中美過濾工段對比。由表5可見，在濾料選擇上，國內(nèi)的濾池濾料以單層石英砂為主流，美國則以雙層濾料為主，即上層為無煙煤，下層為細(xì)砂，且無煙煤厚度大于砂層。雙層濾料符合理想過濾的模型，避免了單一濾料反洗水力分級后上層細(xì)砂堵塞速度快、不能發(fā)揮深層過濾的缺點(diǎn)，使濾料在過濾周期內(nèi)的有效功能得以發(fā)揮，減少了水頭損失，延長了過濾周期。

表5 中美水廠過濾工段對比

在濾池池型上，中國絕大多數(shù)給水廠普遍采用了以V型濾池為主的均質(zhì)濾料過濾技術(shù)，極少采用不同的或新型的過濾技術(shù)，這一點(diǎn)和國內(nèi)室外給水設(shè)計規(guī)范影響有關(guān)，同時也與中國大部分設(shè)計院較少對過濾技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，傾向引進(jìn)國外專有技術(shù)的導(dǎo)向有關(guān)。而美國濾池設(shè)計上池型很少采用V型濾池，多為簡單實(shí)用的普通快濾池結(jié)構(gòu)，且每座濾池均設(shè)置在線濁度儀。

一方面，美國水廠濾池進(jìn)水，即沉淀池出水濁度已經(jīng)低于0.5NTU，且采用雙層濾料，提高了濾料利用效率;另一方面，由表5可見，因美國三個水廠實(shí)際運(yùn)行水量遠(yuǎn)低于設(shè)計水量，表中實(shí)際濾速均不高于4.4m/h，比設(shè)計值或國內(nèi)濾速低45%～50%。此外，為防止藻類滋生和去除部分有機(jī)物，美國三個水廠均采用中間加氯(過濾前)，加氯量為0.4～2mg/L，有效的延長了過濾周期。由于以上原因，美國三個水廠濾池過濾周期可達(dá)72～96h，而我國水廠過濾周期僅為12～36h。較長的過濾周期帶來較低的反沖洗耗水量、耗電量、濾料損失，大大降低了運(yùn)行成本。

由表1和表5的對比可見，美國A水廠的TOC與UV254去除效果都較為明顯，對比與A水廠同地區(qū)的C水廠運(yùn)行參數(shù)可知，通過提高藥劑投加量強(qiáng)化混凝過程，可獲得較高的有機(jī)物去除效率。由表5可見，經(jīng)常規(guī)工藝處理后，美國賓州A、B、C三水廠TOC與UV254均略低于中國，且差距并不明顯。但在濁度方面，美國三個水廠濁度皆降至0.05NTU以下，而中國水廠濁度仍不低于0.2NTU。分析原因一是由于美國水廠原水TOC等本身就低于我國，二是得益于美國水廠較高的處理效率，可以將濁度等指標(biāo)降至更低水平。調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)中國南方部分水廠為降低濁度，在過濾前采用加藥微絮凝或加其他助濾劑工藝，但過濾周期嚴(yán)重降低，存在未反應(yīng)的藥劑穿透濾層后影響水質(zhì)。

3結(jié)論綜上所述，中美水廠常規(guī)工藝路線相同，進(jìn)水濁度指標(biāo)類似，但出水濁度存在較大差距，所調(diào)研的美國三個水廠出水濁度可控制在0.03～0.05NTU，而國內(nèi)的三個水廠出水濁度均在0.2NTU以上，其運(yùn)行策略差別如下：

(1)美國水廠更加注重混凝工藝的設(shè)計研究和運(yùn)行控制，例如使用超高攪拌機(jī)以縮短混合時間、適當(dāng)提高混凝劑投加量以增加顆粒物參與吸附架橋與卷掃的機(jī)會、控制絮凝水力條件以適應(yīng)水質(zhì)水量的變動、持續(xù)監(jiān)測混凝段效果以優(yōu)化工藝運(yùn)行效果。由于良好的混凝效果，使得絮體更易沉降，因此美方水廠沉淀池出水濁度可降至0.5NTU以下，大大降低了后續(xù)處理負(fù)荷。

(2)美國水廠沉淀池多采用斜板和斜管沉淀，提高了單位池面積的產(chǎn)水量，降低了出水濁度。濾池多采用普通快濾池結(jié)構(gòu)，舍去了V型濾池中間配水渠道，節(jié)約了濾池造價，濾料多使用煤砂雙層濾料，實(shí)際濾速均不高于4.4m/h，過濾周期可達(dá)3～4天。

(3)經(jīng)常規(guī)工藝處理后，由于美國水廠較高的處理效率，使得其出水濁度、TOC與UV254等指標(biāo)優(yōu)于我國。尤其在濁度方面，美國三個水廠濁度皆降至0.05NTU以下，而中國水廠濁度仍不低于0.2NTU。

因此，常規(guī)處理工藝效率偏低，管理水平與美國存在差距，是我國水廠普遍存在的問題。積極吸取國外先進(jìn)技術(shù)成果，加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，對我國現(xiàn)有水廠常規(guī)工藝的運(yùn)行情況進(jìn)行優(yōu)化，著力降低出水濁度，是提高國內(nèi)供水水質(zhì)的經(jīng)濟(jì)有效途徑。

本文刊登于《中國給水排水》2018年24期: 中美給水常規(guī)工藝對比分析，作者：王全勇，彭錦玉，Kodi Webb，付成勝，解躍峰

編輯：王媛媛