清華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系，北京 100084

　　一、我國水源水質(zhì)概況與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

　　我國即將頒布新修訂的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749），水質(zhì)指標(biāo)106項。修訂原則是，要與國際上先進(jìn)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)接軌，同時又考慮我國國情。

　　我國給水現(xiàn)狀是水廠仍是百年前的混凝沉淀—過濾—消毒工藝，它是為了保證水的濁度與細(xì)菌指標(biāo)，即感官指標(biāo)得到滿足，又殺滅細(xì)菌保證不得傳染病而設(shè)置的。

　　從上世紀(jì)70年代自來水中發(fā)現(xiàn)消毒副產(chǎn)物（三鹵甲烷）為可疑致癌物質(zhì)后又將有毒、有害物質(zhì)歸納為畸、致突變、致癌的三致物質(zhì)，至90年代又發(fā)現(xiàn)一些農(nóng)藥殺菌劑、滅草劑、塑料添加劑中存在對人體有潛在威脅的內(nèi)分泌干擾物質(zhì)（環(huán)境類激素）。在微生物方面也發(fā)現(xiàn)軍團菌、O—157，隱孢子蟲、賈第蟲等新的污染。

　　我國湖庫大部份存在富營養(yǎng)化狀況，因此藻類分泌物如藻毒素也列為水質(zhì)項目。

　　當(dāng)前納米材料正在興起，怎樣對付這“雙刃劍”也是今后給水工作者必將碰到的問題。

　　水源水質(zhì)污染目前主要是有機物（包括藻類分泌物）與反氨氮，而傳統(tǒng)凈水工藝針對這兩者卻不是很有效，面對提高了的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)凈水廠工藝采用先進(jìn)的預(yù)處理技術(shù)與深度處理技術(shù)是必然的發(fā)展趨勢，通過國內(nèi)外的長期試驗研究，生物預(yù)處理與臭氧—生物炭技術(shù)是實用的、經(jīng)濟的有效工藝，因此必須重視與其相關(guān)的新材料、新設(shè)備。

　　二、生物預(yù)處理與其填料

　　對于受污染水源中的氨氧，大都是由生活污水與農(nóng)田氨肥流失造成，除用氯氧化成氯胺（需8～9mg/L氯氧化1mg/L氨氮）外，最經(jīng)濟有效的技術(shù)是生物氧化。利用填料上生長的生物膜，其中含亞硝酸菌與硝酸菌將氨氮氧化至亞硝酸鹽，硝酸鹽。生物預(yù)處理通常采用生物過濾與生物接觸氧化。

　　1.生物濾池

　　主要采用陶粒作濾料，用單獨曝氣管充少量氧（一般氣水比為0.5～1）反沖濾料時用大量的氣與水反沖。該類生物陶粒濾池在國內(nèi)蚌埠二水廠、上海周家渡水廠已有實踐經(jīng)驗。優(yōu)點是不單去除氨氮效率高，且能吸附截留部分大分子有機物與生物氧化部分溶解性有機物。氨氮去除率隨水溫而異，在正常水溫下可達(dá)70～90%，COD_Mn去除在20%左右，缺點是需要反沖，損耗部分水量，管理較復(fù)雜。

　　2.生物接觸氧化池

　　采用懸掛的彈性填料，國內(nèi)上海浦東、嘉興地區(qū)與深圳水庫都有應(yīng)用。池子結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)簡便，只需曝氣即可。存在的問題是填料上積泥不易清洗。

　　目前懸?。ɑ蚍Q流化）填料采用塑料短管，塑料球等。廣東鑫都環(huán)保公司提供的可調(diào)比重的塑料球在嘉興地區(qū)已有實踐經(jīng)驗。懸浮填料比重略輕于水，水流平行流動易將其帶入下段，因此一定距離設(shè)置隔網(wǎng)并調(diào)整好水平流速與曝氣強度使其在一段池中均勻翻滾，填料上積泥會自動脫落，隨水流出。懸浮填料接觸氧化的氨氮去除率在70～90%。

　　生物濾池去除氨氮與有機物效率都比生物接觸氧化池好，但從整個凈化工藝分析，因沉淀過濾可以去除大分子有機物的COD_Mn，兩者差別不大。從管理角度分析，生物濾池需反沖洗，而懸浮填料不需沖洗，管理簡單。當(dāng)占地面積允許時采用平流池子（約停留1～1.5小時），放置懸浮填料較優(yōu)，但如受面積限制，可采用生物濾池（陶粒接觸時間20～30分），反沖水可與砂濾池反沖水一并處置。

　　    生物預(yù)處理技術(shù)中氣泡細(xì)小致密、布?xì)饩鶆蚩晒?jié)省電耗。生物接觸氧化池中填料是關(guān)鍵，曝氣適當(dāng)可使填料流化，因此空壓機、曝氣管、曝氣頭等設(shè)備值得關(guān)注。

　　三、臭氧發(fā)生器、空氣凈化裝置與制氧機

　　臭氧發(fā)生器是產(chǎn)生臭氧的設(shè)備。氣源有空氣與氧氣兩種。氧氣可由專門公司供液氧，也可由制氧機從空氣制得。

　　臭氧發(fā)生器的放電單元有管式與板式兩種。

　　1. 管式臭氧發(fā)生器

　　大型臭氧發(fā)生器現(xiàn)在有Ozonia、Wegeco、三菱電機、富士電機等在我國競爭，都是管式，原要價高，現(xiàn)已壓低價競標(biāo)，平均產(chǎn)1kgO₃/h，約20000美元（包括擴散頭、臭氧測定儀表及尾氣處理裝置）。近3年我國自制的大型臭氧發(fā)生器也已生產(chǎn)。

　　青島國林采用中頻電源，氧氣源，放電管采用鋼管上涂搪瓷。2004年已由建設(shè)部驗收、鑒定20kgO₃/h發(fā)生器，當(dāng)臭氧濃度80mg/L時電耗＜8kW，達(dá)到國際先進(jìn)水平。該類發(fā)生器近年在化工行業(yè)得到應(yīng)用，也進(jìn)入小型自來水廠應(yīng)用，還經(jīng)常參加國內(nèi)大型水廠對臭氧發(fā)生器的投標(biāo)。

　　2. 板式臭氧發(fā)生器

　　青島科脈公司采用高頻電源、陶瓷板介質(zhì)，放電間隔0.3mm，制成可組合板式臭氧發(fā)生器。建設(shè)部已于2005年通過驗收，臭氧濃度80mg/L時電耗＜6kW，達(dá)到國際先進(jìn)水平。單機產(chǎn)1kgO₃/h，可按需要組合成5kgO₃/h、10kgO₃/h。因采用高頻、效率高，1kgO₃/h發(fā)生器約50kg重，兩人就可抬起。每個放電單元產(chǎn)40gO₃/h，單機中可多設(shè)幾個單元作為備用，在組合中如單機需檢修，則可更換單機，不影響組合機群工作，因此具有較高靈活性與安全性，前景看好，現(xiàn)已由清華同方水務(wù)公司接收，正由科研產(chǎn)品轉(zhuǎn)入長期生產(chǎn)運行檢驗后，作為商品進(jìn)行生產(chǎn)銷售。

　　3. 氣源

　　空氣源需空壓機（無油）、空氣凈化與除濕設(shè)備組成的機組，國內(nèi)有多家合資公司生產(chǎn)。

　　氧氣源可由專門公司供液氧，現(xiàn)場的液氧罐與蒸發(fā)裝置可租用，液氧由專門公司定期供給。

　　氧氣也可由制氧機制取，制氧機的關(guān)鍵是空分材料，北大先鋒公司的空分材料質(zhì)量好，提供的制氧機在煉鋼工業(yè)中得到應(yīng)用。

　　采取何種氣源，需視當(dāng)?shù)鼐唧w情況而定。

　　日本有40多家水廠采用臭氧—活性炭，只有一家采用氧氣，因該廠鄰居產(chǎn)氧氣。

　　如當(dāng)?shù)鼗蚋浇袑ｉT供液氧公司，可采用氧氣源。減少了空氣干燥裝置，從水廠管理上較方便。如無供氧公司，則需采用空氣源，購置全套空氣凈化干燥裝置，增加了一次性投資與氣體裝置的運行管理。

　　大型自來水廠使用氧氣多，考慮經(jīng)濟與安全，不受制于液氧公司的液氧價格與運輸?shù)陌踩梢宰詡渲蒲鯔C制氧供臭氧發(fā)生器制臭氧，雖然增加了管理難度與一次性投資，但運行費可節(jié)省。

　　4.當(dāng)前采用國外臭氧發(fā)生器中的問題

　　外國臭氧發(fā)生器公司建議采用氧氣源，這樣按所需達(dá)到的供臭氧量發(fā)生器設(shè)備可小（氣源與氧源產(chǎn)生的臭氧量差一倍），對供應(yīng)方有利。按所需臭氧量（往往考慮了備用量，其實臭氧發(fā)生裝置本身可調(diào)節(jié)）提供高濃度（臭氧濃度100mg/L以上）臭氧發(fā)生器，高濃度臭氧需要消耗的電能高，設(shè)備容易損壞，對水廠不利，同樣地供應(yīng)方可以供應(yīng)小的發(fā)生器，對供應(yīng)方有利。

　　在自來水廠應(yīng)用臭氧氧化凈化的是微污染原水，并不需要很大臭氧投量，一般采用3mg/L的投加量，因此不需要高濃度臭氧，濃度高了，需要高效傳質(zhì)設(shè)備使水與臭氧混合，如達(dá)不到均勻、快速傳質(zhì)，剩余臭氧尾氣尚需焚燒或通過催化氧化處理后排入大氣，一方面造成浪費，另方面又要強化處理尾氣，對水廠不利。

　　關(guān)于售后服務(wù)，某些國外公司為了節(jié)省出差費用往往要“千呼萬喚始出來”，而國內(nèi)公司可及趕來解決問題，某外國公司所供臭氧發(fā)生器不少放電管被擊穿，據(jù)分析認(rèn)為是液氧質(zhì)量有問題，可供應(yīng)方在整個臭氧發(fā)生系統(tǒng)中事先沒有提及這個問題。

　　5.應(yīng)該注意的問題

　　首先自來水行業(yè)應(yīng)該積極支持國內(nèi)臭氧發(fā)生器的制造與應(yīng)用。國內(nèi)臭氧發(fā)生器價格便宜，售后服務(wù)到位，只有大量使用，不斷發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)提高，才能使我國臭氧發(fā)生器逐步完善，適應(yīng)發(fā)展需要。

　　自來水行業(yè)招標(biāo)文件中應(yīng)對國內(nèi)臭氧發(fā)生器網(wǎng)開一面，不要提出過高要求（如需有10kgO₃/h發(fā)生器的使用經(jīng)驗），應(yīng)鼓勵國內(nèi)廠家參與競爭，對降低售價，改善售后服務(wù)有利。對國外的廠家要提出明確要求：如采用氣源、要求濃度低些，電耗少些，并對出現(xiàn)問題要進(jìn)行賠償，售后服務(wù)應(yīng)有通知后幾日內(nèi)到達(dá)等。

　　現(xiàn)國外公司不愿與國內(nèi)聯(lián)合生產(chǎn)臭氧發(fā)生器，只允許代理，只有我國自制臭氧發(fā)生器能被自來水行業(yè)接受，在競標(biāo)中獲勝，對外國公司造成壓力，他們才有可能考慮與我們合作生產(chǎn)。

　　國內(nèi)公司應(yīng)提高產(chǎn)品質(zhì)量（關(guān)鍵在安全、然后是電耗），加強曝氣頭、尾氣處理設(shè)備，臭氧濃度測定儀研制，選用先進(jìn)的無油壓縮機，空氣干燥裝置，制氧機等，成為能全套供應(yīng)臭氧氧化技術(shù)的裝備，并提高售后服務(wù)質(zhì)量，保證安全使用，相信再有3～5年能全面趕上國外企業(yè)，以迎接我國深度處理高潮的來臨。

　　四、活性炭與炭再生裝置

　　活性炭用以吸附水中微量有機污染物，是最經(jīng)濟，有效的技術(shù)。臭氧一活性炭聯(lián)用工藝是將氧化、吸附、生物降解諸功能結(jié)合，使活性炭除物理吸附作用外，利用在其上長成的生物膜起生物氧化作用，臭氧氧化可使有機物中可生物降解的部分增加，通過生物炭多去除這部分有機物，因此臭氧—生物炭工藝可去除有機物約25～35%，并能長期工作。上海黃浦江原水使用該工藝3年才換部分活性炭。

　　活性炭大致可分為：原煤破碎炭，圓柱狀活性炭與壓塊破碎炭，破碎炭可按濾料粒徑的要求篩選，用以代替砂子作為濾池濾料。

　　1.原煤破碎炭

　　原料可分無煙煤類和弱粘煤類。煤經(jīng)破碎—篩分—炭化—活化而成?；钚蕴靠紫督Y(jié)構(gòu)取決于原煤的孔隙，該類炭再生損耗較大（一般為25～30%）。

　　2.圓柱狀活性炭

　　一般原料采用無煙煤，煤經(jīng)粉碎磨成粉后加水與煤焦油捏合壓條，再去炭化、活化。ZJ15就是這類炭，粒徑1.5mm，優(yōu)點是強度高、系統(tǒng)水頭損失小、反洗容易、再生時損耗少。不足無處是因粒徑大截留濁度能力較差，孔隙結(jié)構(gòu)較不發(fā)達(dá)，較大分子有機污染物難于去除。國內(nèi)使用較多。

　　3.壓塊粉碎炭

　　可根據(jù)所需活性炭的性能和使用特點選擇幾種或多種原料煤進(jìn)行配比，可有效調(diào)節(jié)活性炭孔隙結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)工藝為配煤—粉碎成粉—壓塊—炭化—活化—粉碎—篩選。由于其孔隙結(jié)構(gòu)特點，因此吸附能力強，吸附容量較大，截留濁度好，再生損耗低，是比較適合給水深度處理用的炭，壓塊炭價格稍高，但處理精度較高，使用周期較長。美國calgon公司在大同生產(chǎn)銷往國外，國內(nèi)尚少使用，泰興一心活性炭科技公司生產(chǎn)的擴孔炭質(zhì)量同calgon公司炭，價格比它便宜。

　　4.活性炭濾池

　　給水行業(yè)中都設(shè)計成一個濾池，當(dāng)有污染質(zhì)泄漏時，活性炭并沒有完全喪失吸附能力，此時由于出水達(dá)不到要求，應(yīng)該予以再生，損失了炭的剩余吸附能力。在工業(yè)中常使用兩個罐串聯(lián)，當(dāng)?shù)谝粋€罐的炭基本達(dá)到飽和后，第二個罐仍在正常工作，當(dāng)?shù)谝粋€罐換了新炭或再生炭后，將其轉(zhuǎn)換為第二罐，而工作中的炭罐轉(zhuǎn)換為第一罐，這樣可以充份利用活性炭的吸附能力，又讓新炭置于后罐，確保水質(zhì)。由于有壓力，因此調(diào)換起來很簡單。給水廠內(nèi)普遍是采用敞開自流式過濾，如果考慮串聯(lián)，就要將濾池加高1.5m，以便轉(zhuǎn)換。目前工程中尚無先例。生物炭濾池出水中可能泄漏有微生物，應(yīng)嚴(yán)格消毒過程以確保管網(wǎng)水中微生物不超標(biāo)。

　　5.炭的再生

　　當(dāng)活性炭吸附容量飽和后就應(yīng)再生，每個使用活性炭的水廠都要自己設(shè)再生裝置是沒有必要的也是不合算的，完全可利用社會力量，專門活性炭再生廠來再生，應(yīng)改慮在使用活性炭水廠較多的地區(qū)（如嘉興地區(qū)）集中設(shè)一個活性炭再生廠，平時再生使用過的炭，閑時生產(chǎn)一些活性炭出售，以補充使用與再生中的損耗，現(xiàn)再生一次，包括起炭、裝運、再生、投放入濾池約2000元/t、新炭大約6000元/t，再生比換新炭便宜，再生一次損耗約為10%。