应对新水质标准的现有自来水厂技术改造对策

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1、应对新水质标准的现有自来水厂技术改造对策应对新水质标准的现有自来水厂技术改造对策发布时间：2010-8-6 8:13:34在 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。发 言内容如下： 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

2、 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

3、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 4

4、8%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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、，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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、，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 80100 元，转运转费用是增加 0.10.15 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

16、除有机物，运转费 用是增加 0.020.05 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