楊文進 李家就

　　建國之初，我國的城市總供水量為186.7萬m³/d，供水管道總長度為6589km，有給水設施的城市約60個。建國50年來，我國的供水事業有了很大的發展，現有的供水范圍、供水設施和供水量等，均非昔日所可比擬。
　　 50年來我國供水水質凈化和取水、輸水的科技有了很大的發展。

凈水技術

受污染水源水預處理
　　70年代以來，我國的地面水源大都受到不同程度的污染，城市周邊的水域有90%受到嚴重污染。水源水質的惡化，致使生活飲用水處理增加了很大困難。
　　80年代開始，特別是在“八五”、“九五”國家重點科技攻關中，我國投入科技力量針對微污染和富營養化水源水的處理問題進行了研究，提出了在常規處理工藝之前增加預處理的工藝。
　　1990～1992年，武漢在武昌東湖水廠做彈性填料生物接觸氧化預處理的中型試驗。1992～1994年,上海在寧波梅林水廠研究彈性填料生物接觸氧化預處理，為中試規模。自1996年起，寧波、嘉興、合肥等地先后建成生產性的受污染水源水彈性填料生物接觸氧化預處理設施。
　　規模為400萬m³/d的東深原水彈性填料生物接觸氧化處理系統于1998年12月在深圳水庫庫尾建成投產。該生物接觸氧化池系統由6條長270m、寬25m、有效水深3.8m的廊道組成，總水力停留時間55.4 min，曝氣的氣水比為1:1。
　　1987～1992年，北京研究的生物陶粒反應器進入小試和中試階段，1995年在蚌埠建成了生產性的生物陶粒濾池。
　　上述彈性填料生物接觸氧化池和生物陶粒濾池的工藝本身不產生有害副產物，排泥量少。
　　90年代，我國有多處研究臭氧預氧化工藝。深圳根據大涌水廠預氧化試驗結果，在深圳東湖水廠興建35萬m³/d預臭氧氧化設施。
　　1989年，哈爾濱開始研究高錳酸鉀預氧化。高錳酸鉀及高錳酸鹽復合藥劑預氧化工藝已推廣應用。
　　1990年合肥與武漢合作研究，在合肥四水廠用投加粉末活性炭的方法去除水臭。
　　氯雖然常被用作原水預氧化的藥劑，但預氯化時，氯與原水中天然有機物（NOM）相作用后，就產生揮發性總有機鹵化物（VTOX）和非揮發性總有機鹵化物（NVTOX），這種預氯化副產物對人體有害，并且在后續凈水工藝中難于去除。
　　我國跨入21世紀時，還需要繼續研究生物預處理、臭氧、高錳酸鉀預氧化等的生產應用技術，以期為后續常規水處理工藝提供可處理性好的進水。
常規處理
　　混凝劑，快速混合
　　50年代，我國一般常用粗制和精制硫酸鋁、明礬、硫酸亞鐵，三氯化鐵、硫酸鐵等為凝聚劑。60、70年代，廣州、哈爾濱、吉林、成都、長春等地研究生產聚合氯化鋁；1971年成都研究一步酸溶鋁灰法制造聚合氯化鋁成功。聚合氯化鋁凝聚效果甚佳，得到迅速推廣。1966～1967年開始，蘭州、哈爾濱研究并應用聚丙烯酰胺（PAM），PAM處理高濁度水（如黃河水）的凝聚效果很好；只是國產的PAM中單體丙烯酰胺含量較高的問題，尚有待于在飲用水水質上進一步做出毒理學的結論。此外，50年來我國還具有研制、使用氯化硫酸亞鐵、聚合鐵等凝聚劑以及活化硅酸、骨膠、石灰等助凝劑的經驗。
　　50至70年代，我國的混合形式有障板式混合；穿孔板式混合、隔板式混合、水泵混合、管道混合和機械攪拌混合。
　　80年代，我國充分重視快速混合的作用，并研究速度梯度G值以及GTC值與混合效果的關系。我國自行研究開發和應用了多種新型的快速混合設備，如網格、多孔隔板、彎管和管式靜態混合器。這些混合器的維修工作量小，多用于中小型水廠。但管式混合或水泵混合，對流量變化難于適應。
　　80、90年代，在我國新建的大、中型水廠中，有多座水廠采用機械攪拌快速混合。此種混合型式不受水量變化的影響，水頭損失小，應變能力較強，適用于不同規模的水廠。但需要維修，還有機械混合裝置中途停用的實例。
　　凝聚劑的適當投加和投加后的快速混合，對沉淀水、濾后水的濁度都有影響。跨入21世紀后，我國還需要對凝聚劑的加注口位置，對不同的原水水質與凝聚劑的快速混合要求以及機械攪拌快速混合的正常運行條件等作進一步的研究。
　　絮凝
　　50、60年代，我國常用的絮凝池有隔板絮凝池（包括平流式和豎流式以及回轉式）、旋流式絮凝池、渦流式絮凝池和機械絮凝池。
　　70年代，由于人們對絮凝過程重要性的認識越來越深，在不斷的研究和實踐過程中，采用了新的絮凝工藝。
　　1976年，鎮江開始試驗豎流式折板絮凝池，該技術已得到推廣使用。豎流式折板、平流式折板又分為同步、異步兩種型式。
　　孔室旋流絮凝池起源于上海的一個水廠，該廠絮凝池原為分格垂直軸機械絮凝池。后來流量增加，拆除機械攪拌后，絮凝效果仍然較好。后經不斷總結提高，形成了現在各地應用的孔室旋流絮凝池。
　　波紋板絮凝器最早見于荷蘭范士威公司。80年代伊始，我國對此絮凝池先做了小試。在小試基礎上，武漢于1981年在應城建了一座1.25萬m³/d生產性波紋板絮凝池；北京于1983年在福州建成投產了一座波紋板絮凝池。
　　武漢從1982年起，研究柵條網格絮凝工藝，并于1982～1983年在沙市、漢陽，南寧、洪湖新建柵條網格絮凝生產池。該技術已得到推廣使用。
　　跨入21世紀后，我國除需要在絮凝池設計中繼續研究最佳G值和GT值以外，還需要研究機械絮凝的應用技術。
　　沉淀和澄清
　　平流式沉淀池是我國解放前就較多采用的一種沉淀構筑物。解放后一直被沿用。其中有的池子是串聯式的。
　　50年代，國內水廠采用的沉淀型式還有豎流式沉淀池，輻流式沉淀池以及懸浮澄清池。
　　60、70年代，我國的沉淀和澄清技術發展很快。1960年，嘉興建成水力循環澄清池。1965年，北京、武漢通過研究建成機械攪拌澄清池。1965年，試驗成功脈沖澄清池，在廣州、上海、四川、南京使用較多。蘭州于1971年建成投產了水旋澄清池，該池處理原水含砂量可達到60～80kg/m³，短時間可達100～150kg/m³。
　　1969～1971年，武漢在國內首先做管長600mm、700mm、980mm、管徑20mm、26mm、51mm、傾角30°、45°、60°的異向流斜管沉淀對比小試，續做內切圓直徑37.5mm、管長1000mm、傾角60°的異向流正六邊形蜂窩斜管沉淀中試，再在漢陽國棉水廠新建我國第一座2.5萬m³/d異向流正六邊形蜂窩斜管沉淀池，并于1972年投產。從此以后，該沉淀技術得到迅速推廣應用。
　　1972～1975年，天津、北京試驗同向流斜板沉淀池，1975年，北京田村山水廠的同向流斜板沉淀池投產，單池能力8.64萬m³/d。
　　1975年，成都試驗側向流斜板沉淀裝置；1976年北京經試驗將側向流斜板沉淀技術用于水源八廠水源井除砂工程；1983年，長春通過試驗采用側向流斜板沉淀池，規模18萬m³/d。
　　1984年，重慶、湖北、哈爾濱等地開展對翼片斜板沉淀池（又稱迷官式斜板沉淀池）的研究，長春將該項沉淀技術于1985年用于哈爾濱第四水廠，并通過生產性試驗研究獲得成功，后在1988年用于該市第三水廠30萬m³/d擴建工程。
　　氣浮工藝能夠處理含藻水和低溫低濁水。上海自1977年開始研究氣浮法凈水工藝，蘇州胥江水廠于1979年最先應用氣浮池，規模為5000m³/d，同年，武漢東湖水廠也建成規模5萬m³/d的氣浮池。
　　在特定的濾床、濾速和有關效率因素的條件之下，沉淀、澄清池出水濁度的高低會直接影響其后續濾池的濾后水濁度值。隨著人們對飲用水水質要求的提高，不同年代我國對于沉淀、澄清池出水濁度的設計規定或掌握也有相應變化：60年代的設計規定進入濾池前不宜超過20mg/L，如遇意外情況，個別時間不應超過50 mg/L；70年代規定不宜超過20 mg/L；80年代規定不宜超過10 NTU，遇高濁度原水或低溫低濁度原水時不宜超過15 NTU。90年代起，一類水司的沉淀、澄清水濁度一般都控制在3 NTU以下。
　　水廠的沉淀、澄清、氣浮池的排泥以及其他水處理過程的排泥，對環境是一種污染源。有的水廠“采用洼地沉淀法，泥沉于池塘中，水回收。北京設計建設的第九水廠150萬m³/d供水規模的污泥處理工程于1997年投產。脫水后泥餅含水率較低。跨入21世紀后，我國需要對水廠污泥的濃縮、脫水等污泥處理技術開展研究。
　　過濾
　　50年代，在水處理工藝流程中很重視過濾過程的作用，當時，我國使用的濾池有石英砂濾料濾池、煤砂雙層濾料濾池、雙向濾池、慢濾池；采用自下向上過濾的接觸濾池時，規定此種濾池應設在室內，以防止受到外界污染。60年代以后，國內只有個別地方使用雙向濾池。
　　1965年，第一座虹吸濾池在北京建成投產，系從外國引進技術；到1979年左右，我國的虹吸濾池的總過濾水量約在400萬m³/d 以上。重力式無閥濾池自60年代開始被推廣使用。70年代初期，我國又研制發展了單閥濾池、雙閥濾池。大型水廠多采用四閥濾池或雙閥濾池。
　　1973～1974年，武漢做三層濾料濾池的小試、中試，并于1975年在黃石建成生產性三層濾料濾池，隨之推廣到蚌埠、連云港、湖北、成都的水廠。
　　1975年，南通研究建成國內第一座泵吸式移動罩濾池試驗池，并推廣使用。1977～1980年，上海研究用虹吸式移動罩濾池，并在上海長橋水廠建成60萬m³/d 虹吸式移動罩濾池系統。
　　重慶于1977年開始研究陶粒濾料濾池。并于80年代推廣到四川、貴州等地的水廠。
　　粒狀濾料去除水中懸浮雜質主要屬于遷移機理和附著機理，濾床過濾效率與單位濾池面積的濾料顆粒總表面積有關。而總表面積與L/d成正比。所以近幾十年，國外很重視提高L/d的比值。
　　武漢在做均粒濾料過濾小試的基礎上，于1987年在宜昌、黃石建成生產規模的石英砂均粒濾料濾池。型式有2種：（1）濾料粒徑0.8～1.0mm，濾料厚0.9m；（2）濾料粒徑1.0～1.25mm，濾料厚1.1m，用氣水反沖洗。80年代從法國引進的V型濾池，濾料粒徑0.95～1.35mm，濾料厚0.95～1.5m，用氣水反沖洗。北京在粗濾料厚濾床的研究基礎上，于1995年建成北京第九水廠二期工程的無煙煤均粒濾料濾池，濾料有效粒徑1.1mm，濾料厚1.5m，上述3種濾池的L/d₅₀值都等于、大于1000，濾后水濁度低，過濾周期長。
　　濾池用氣水反沖洗比用單一水反沖洗的效果好，并可節約沖洗水量，對于均粒濾料濾床有利于保持上下均粒。近年來，氣水反沖洗發展很快。
　　過濾是常規水處理工藝的最后一個把關工序，最為重要。建國50年來，我國在濾池的研究上已經提出很多成果。現在過濾工藝研究的課題中可能需要包括下述內容：濾床的最佳L/d值，直接過濾對原水水質的要求，濾料和承托料鋪裝技術的優化，氣水反沖洗與單一水反沖洗技術比較，慢濾池的特殊使用條件等。
　　消毒
　　建國50多年來，我國對于城市自來水廠出廠水的消毒，一直都很重視。在1986年版《室外給水設計規范》中明確規定：生活飲用水必須消毒。
　　飲用水消毒一般采用加氯（液氯、漂白粉或漂粉精）法。1959、1976和1985年的水質標準中基本上都做近似的規定：游離性余氯在接觸30min后不低于0.3mg/L，管網末梢水不應低于0.05mg/L。在常規處理工藝流程中，加氯點都設在濾池之后，也有眾多原水預加氯和一些中間加氯的實例。
　　在當前飲用水源受到污染以及處理程度受限的條件之下，我國對于生活飲用水消毒只能加強，不能削弱。我國在消毒技術上，在控制氯消毒副產物的方向上，與世界先進國家差距不大。現在需要研究繼續降低第一個加氯點水中的消毒副產物前體物濃度以及加氯的快速混合效果。
　　氯胺消毒在國內使用的時間也較長。氯胺消毒能滿足長管網末梢余氯要求，能降低有機鹵化物。
　　90年代，國內有些小型水廠開始使用二氧化氯消毒。由于二氧化氯需要防爆和現場制備，因而在推廣應用上尚有其局限性。
　　經過最后消毒出廠送至城市管網的自來水即成為用戶飲用水。我國生活飲用水衛生標準。1959年規程中有16項水質指標，1976年有23項水質指標，1985年標準中有35項水質指標。建設部1992年關于印發《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》的通知中要求一類水司2000年水質目標有88項指標及一項Ames試驗。這相當于國際先進水平。水質標準的提高，要求凈水技術的科技水平也應有相應的發展。
深度處理
　　由于飲用水源受到污染，常規水處理工藝出水水質不能滿足要求，我國從70年代起就開始研究深度處理，并陸續有些水廠上了深度處理設施。
　　1975年，蘭州白銀地區建成飲用水活性炭深度凈化及其再生的生產性裝置，深度處理能力為3萬m³/d。活性炭塔的濾速為13.4m/h。通過活性炭深度處理，水的臭味、耗氧量、硝基化合物、丙烯腈指標都有顯著改善。
　　北京于1979年對田村山地表水進行臭氧—活性炭深度處理試驗。1985年建成具有常規-臭氧、粒狀活性炭水處理工藝的田村山水廠，規模17萬m³/d，其中常規—粒狀活性炭水處理工藝投入常年正常運行。
　　北京第九水廠一期、二期兩個50萬m³/d，常規-GAC水處理工藝先后于1990年、1995年投產。該廠三期總規模為150萬 m³/d ，是我國最大的具有GAC深度處理的水廠。
　　撫順于1981年、北京燕山石油化工區于1986年建了臭氧-粒狀活性炭深度水處理裝置，投入了生產運行。
　　哈爾濱等地，對臭氧、生物活性炭做過多年的系統研究，并于90年代在3個石油化工企業的水廠分別建成1500 m³/d、10000 m³/d和20000 m³/d臭氧-生物活性炭深度處理設施。
　　昆明第六水廠南分廠由于滇池水源水質不好，通過研究于1997年建成常規處理-臭氧、生物活性炭深度處理的10萬m³/d水廠，臭氧接觸池停留時間10 min，生物活性炭濾池濾速8.3m/h。
特殊水質處理
　　除鐵除錳
　　我國含鐵含錳地下水分布甚廣。比較集中的地區是松花江流域，長江中下游地區以及黃河流域、珠江流域、漢水流域的部分地區。
　　建國初期，地下水除鐵都是采用自然氧化工藝，一般由曝氣、氧化反應、沉淀和過濾組成。1960年，哈爾濱、佳木斯、齊齊哈爾、長春等地協作試驗成功天然錳砂接觸催化除鐵工藝。同年，吉林市雙吉機械廠將原有自然氧化除鐵工藝改建成我國第一座天然錳砂接觸催化除鐵生產設備，1975年，在大慶試驗成功以石英砂為濾料的人造銹砂除鐵工藝，石英砂濾料表面形成鐵質活性濾膜，同樣能對除鐵起催化作用。60~70年代，在我國東北、中南地區，有多座地下水除鐵設施建成，濾料包括錳砂、石英砂以及無煙煤石英砂雙層濾料。經測定，這些濾料表面大都有鐵質活性濾膜存在，除鐵效果甚佳。
　　1958年，在哈爾濱建成的一座地下水除鐵除錳裝置水廠，是我國早期具有除錳效果的水廠。70年代初開始研究以空氣為氧化劑的接觸過濾除錳技術，在“七五”、“八五”，兩個五年計劃科技攻關中，長春、哈爾濱研究確立了以空氣為氧化劑的除錳的生物氧化機制。對于含鐵含錳地下水，先接觸過濾除鐵，繼而生物除錳。
　　除氟
　　在我國，天然高氟水分布范圍很廣。全國各省市、自治區（除上海市外）均有不同程度的高氟水。
　　50年代研究混凝沉淀法除氟；70、80年代還使用此法。但到80年代末則認為化學沉淀法處理后的水質差，成本高。現在只是有些農村尚沿用此法。
　　活性氧化鋁法除氟是我國當前農村飲用水除氟的主要方法之一。1963年蘭州試驗結果表明，活性氧化鋁粒徑以0.5～2.5 mm為最合適。90年代起采用粒徑0.5～1.5 mm。并從80年代初開始采用降低進水pH值進行除氟。天津等地對活性氧化鋁除氟做了系統研究。活性氧化鋁除氟吸附容量現已提高到5 mg F^-/g（Al₂O₃) 以上。90年代以后，國內基本上采用集中式除氟設備。
　　在天津，80年代初研究了電滲析除氟技術，此法現已廣泛用于高氟水的飲用水除氟。
　　1983年開始，我國研究人員將電凝聚應用于飲水除氟取得成功。90年代初，在塔克拉瑪干沙漠腹地，首次利用反滲透設備制取淡化除氟水。
　　水質穩定處理
　　在調查統計的我國26個城市自來水公司之中，有50%～79%的公司出廠水水質不穩定，有30%～50%屬于腐蝕性水。
　　我國對于有腐蝕性水的水質穩定處理方法有加堿劑和曝氣兩種。
　　60、70年代，湖北、湖南的小型地下水水廠的水中侵蝕性二氧化碳，經過研究，采用曝氣方法予以去除。
　　大型自來水廠腐蝕性水的水質穩定大都采用投加堿劑法。廣州的水廠幾十年來一般采用塊狀生石灰為原料投加石灰。深圳市從1987年開始用自動投加系統投加消石灰粉。

取水技術

地下水取水
　　50年代至80年代，我國在水源選擇上一般優先選用地下水。在這幾十年中，我國的水文地質勘察技術力量得到了成長。
　　50年代，我國地下水取水構筑物，一般采用管井、大口井、滲渠、泉室等型式。當時有北京水源三廠的地下水源工程，洛陽、包頭的大型滲渠工程。自1960年開始，研究管井分段取水，并先后在各地建成投產。阜新市采用滲渠取水的很多。1974年該市大凌河水源工程采用滲渠與大口井井群相結合的取水方式，規模為8萬m³/d，是70年代我國以滲渠為主的大型水源工程。到80年代，由于滲渠的取水量逐年減小，并且施工困難，因此只在其他取水形式無條件采用時，才采用滲渠取水。據山東、廣西、云南等地調查，由于泉水流量下降，水質污染和與農業矛盾等原因，泉室取水也受到限制。
地表水取水
　　浮船取水能適應水位漲落幅度為10～38m的水源。1955~1978年間，嘉陵江、沱江、長江、漢江以及有些水庫，有多處浮船投入運行。80年代，一座浮船的取水能力達到30萬m³/d，連絡管長度達到40m。
　　纜車取水宜用于水位漲落幅度為10～35m、岸坡傾角為10～30°的岸邊取水，在1952年至1963年之間，長江、嘉陵江等河流有多座纜車式取水構筑物建成投產。
　　60年代以后，為了供水安全和管理方便，采用固定式取水構筑物取水的比例增多。
　　對于水庫、深水湖泊的取水，在建國初期，大連、撫順就有分層取水的經驗。大伙房水庫一座分層取水塔目前取水量達12m³/d。80年代以來，為了取得較好的湖水，淺水湖泊固定式取水泵房的取水頭部有逐漸向湖心延伸的趨勢。
　　在高寒地區大中型山溪河道上，為了防止冰凌堵塞沖擊和泥砂淤積，多年用淹沒式、橋墩式或箱式取水頭部。70年代中期以后，對淹沒式取水革新采用船式取水頭部。
　　50年代，蘭州西固第一水廠的黃河引取水工程，是我國最大最早的斗槽式取水和高濁度水處理工程。黃河中下游河段水中含砂量高，砂峰期最高日達405～509 kg/m³，枯水期脫流。自1962年起，鄭州、開封的黃河水源給水工程采取避砂峰、防脫流、設沉砂以及預沉池等蓄水措施，取得成效。
　　1978年建成的武鋼二號水源泵站從長江取水，取水量為40萬m³/d，采用高水位自流進水，水位漲落幅度19m。由兩座26m的雙層取水口和兩座外徑374m、高32.7m的沉井泵房組成。是我國大型給水水源泵站之一，節約了用地、投資和運行費。
　　80年代開始，杭州赤山埠水廠、上海寶山鋼廠、上海崇明青草沙水庫先后利用入海河口，在岸邊興建水庫，伺機取蓄淡水，“避咸蓄淡”。工程投產后均取得成功。
輸水技術
　　1959年試制成功承插式預應力鋼筋混凝土管。60年代管徑一般為600～1000mm，工作壓力為0.5～0.8MPa。1966年試制成功承插式自應力鋼筋混凝土管。在水質和埋設環境適宜時，這兩種管材與金屬管道相比，具有耐腐蝕和使用壽命長的優點。60年代至80年代，通過研究，確定了上述兩種管材使用橡膠圈接口和膨脹性水泥接口的可行性。
　　80年代，我國有些城市由于附近水源水量不足、水源受到污染，不得不長距離引水。
　　天津市引灤入津工程于1983年投產，引水距離236km，年引水量10億m³。青島市引黃工程于1988年通水，引水距離246 km，引水量30萬m³/d。大連市碧流河引水工程于1983年通水，引水距離166.9km，引水量15萬m³/d。
　　寧夏汝箕溝礦區給水工程的輸水干管長45km，輸水設計壓力6.4MPa。1977年設計采用高壓自動復位差壓式水錘消除裝置等以及其他措施，保證了長距離輸水安全。
　　1987年建成的上海黃浦江上游引水工程，供水規模430萬m³/d。通過采用低壓輸水渠、降低渠道和鋼管粗糙系數、選用經濟渠內流速、布置足夠渠道透氣孔等技術，從而降低了輸水能耗和制水成本。
　　自90年代起估計，我國每年敷設長距離輸水管線長達1000～1500km。長距離輸水工程的出現和實踐，為我國輸水技術的發展積累了研究成果，提出新的研究課題。
　　上述全文是筆者對于我國供水水質凈化和取水、輸水科技發展簡況所寫的概述。不妥之處，歡迎批評指正。

　　致謝：在本文編寫過程中，得到我院魏建忠（老院長）、朱士龍二位顧問總工、教授級高工詳細審閱，并提供許多寶貴資料，特此表示感謝！

參考文獻

（共88篇，限于圖書篇幅，在編輯時略去）