以水看科技進步，以水觀世界發(fā)展。“水看世界”帶您在云端游歷世界水務，博覽眾長，以為攻玉。（素材來自上?！秲羲夹g》雜志社情報咨詢服務板塊成果）

飲用水處理工藝的發(fā)展，一直是一個螺旋式上升的態(tài)勢。當隨著檢測技術的發(fā)展和普及，新的污染物被發(fā)現(xiàn)的時候，相應的工藝升級就會提上議程。因此，從最早的過濾和消毒工藝，到混凝，到氧化和生物方法，再到膜技術應用和更多面向新污染物的工藝研究，水處理的工藝進步一直在持續(xù)，這也給水廠操作人員不斷帶來新的要求。本文回顧了水處理工藝的進步歷程，是不錯的知識回顧的學習資料。

有些事情永遠不會改變。水處理廠的操作員每天仍然上班，將水源水轉化為社區(qū)的飲用水。他們仍然操作著工藝流程、接通水管、計算和調整藥劑投加量、維護泵和閥門、消毒和沖洗水管、消除交叉連接、采樣并分析結果，以及連同其他一系列職責，例如向當?shù)乇O(jiān)管機構報告所有情況。他們中的許多人會在晚上做這些事情，與此同時，可能他們的同胞還在床上睡覺。然而，有些事情確實在改變。其中之一就是，水處理技術的進步建立在科學研究的基礎上，并由監(jiān)管需求驅動，使操作員忙于掌握適應變化的藝術。

1975 年，美國聯(lián)邦政府和各州之間也建立了新的伙伴關系，以實施《國家主要飲用水法規(guī)》。美國環(huán)境保護署 (EPA) 制定了這些新規(guī)則，以設定監(jiān)測和報告水質參數(shù)的具體要求，如果供水企業(yè)未能遵守這些要求，則必須執(zhí)行這些要求。在此之前，州一級別供水企業(yè)的飲用水標準除了大腸菌群外，其他并未強制執(zhí)行。五十年前，供水企業(yè)開始認識到，適應是必要的，因為每隔幾年就會出臺一系列法規(guī)，迫使供水企業(yè)作出改變。

適應變化

工程部門認為供水和輸配水是 20 世紀最重要的五項成就之一。在這一轉變中，氯化消毒技術發(fā)揮了巨大作用。1979 年之前，大多數(shù)操作員認為只要安全地處理氯，氯就是他們最好的朋友。如果操作員在水廠中使用大量氯，并在系統(tǒng)中保留殘留物，它就能確保水不含大腸桿菌。它還幫助供水企業(yè)將沉淀池（尤其是未覆蓋的沉淀池）中的藻類堆積降至最低。氯被廣泛使用，因為它有效、廉價且易于采購。也許最重要的是，地表水處理廠操作員可以依靠氯來協(xié)助混凝過程，因為它是含有有機物的源水的強氧化劑。地下水系統(tǒng)也用它來氧化和去除供水中的鐵。

但是，1979 年頒布的總三鹵甲烷 (TTHM) 規(guī)則及其后續(xù)規(guī)則，即第一階段和第二階段消毒劑和消毒副產(chǎn)物規(guī)則 (DBPR)，讓許多操作員清楚地認識到氯也有其不利的一面。當源水中含有某些類型的天然有機物時，氯會與其發(fā)生反應，形成數(shù)百種不需要的、有時是有害的化合物，操作員必須將這些化合物降至最低。

保持所需的氯殘留量為這些化合物的形成提供了更多機會。不幸的是，保持配水箱充滿水以提供消防能力會增加水齡。

許多水務專業(yè)人士意識到，所謂的預氯化（在過濾前向水中添加氯）不再是他們能負擔得起的奢侈處理方式。于是一些規(guī)定被制定，要求操作員根據(jù)水中的含量和水的堿度去除源水中一定比例的總有機碳 (TOC)。

運營平衡行為

因此，操作員學會了實施其他處理策略：各種氧化劑、完全不使用預氧化劑、強化混凝 (EC)、膜處理等。所有這些方法現(xiàn)在都在使用，但每種方法都有缺點，迫使操作員在好與壞之間取得平衡。

例如，臭氧是一種很好的氧化劑，但它也可能產(chǎn)生溴酸鹽；這些物質并不好，操作員仍然需要在他們的輸配水系統(tǒng)中留有氯殘留物。高錳酸鉀是一種強氧化劑，但它的氧化能力遠不及氯，而且系統(tǒng)中存在紫色水的風險。強化混凝是一個不錯的選擇，因為操作員已經(jīng)有了混凝劑（明礬、氯化鐵等）。這只是一個增加劑量的問題，操作員可以盡可能多地去除有機前體——這就是強化混凝在傳統(tǒng)處理中的作用。但供水企業(yè)需要為產(chǎn)生的額外污泥做好準備，并應對那些一無所知的會計師對他們將花費的預算資金的質疑。膜系統(tǒng)成為許多水系統(tǒng)的首選技術，但它們通常需要大量資金和規(guī)劃。

20 世紀后期，許多供水企業(yè)最終選擇了強化混凝和不使用預氧化劑，同時還要遵守更低的出水渾濁度的法規(guī)要求。出廠成品水渾濁度的增加代表急性突發(fā)的健康風險，而消毒副產(chǎn)物的增多則代表長期慢性的健康風險。這種在好的策略與壞的策略、良好的意圖與意外后果之間尋找平衡的行為，是供水企業(yè)非常熟悉的一個主題。

讓我們來看看迫使操作員適應的另一項處理工藝上的進步。實施強化混凝技術的人見證了原水堿度消耗的增加，pH 值可能下降得更多。這就是第一階段消毒劑和消毒副產(chǎn)物規(guī)則所要求的：原水堿度和 TOC 越高，操作員需要去除的 TOC 百分比就越大。但 1991 年發(fā)布的鉛和銅規(guī)則 (LCR) 要求水對構成供水系統(tǒng)和客戶家庭管道的金屬的侵蝕性較小。許多操作員發(fā)現(xiàn)，用強化混凝處理過的水很難達到新的鉛行動水平 15 µg/L。

1986 年，我是萊克縣 (俄亥俄州) 公用事業(yè)公司的水廠經(jīng)理。萊克縣以其排水良好、土壤肥沃而聞名，被稱為“俄亥俄州的苗圃之都”。伊利湖地區(qū)古老的冰川形成了肥沃的土壤，為許多多年生植物和某些依賴低土壤 pH 值的花卉提供了理想的生長條件。為了應對 LCR，我嘗試使用苛性鈉提高成品水的 pH 值。在接到苗圃負責人的幾次憤怒電話，聲稱我正在毀掉他們的庫存后，我停止了添加苛性鈉。

幸運的是，研究人員已經(jīng)開發(fā)出使用正磷酸鹽的新處理策略，當以正確的劑量和 pH 值范圍添加到處理過的水中時，可以防止或減少水溶解金屬成分的趨勢。操作員必須了解正磷酸鹽處理的缺點，因為使用正磷酸鹽意味著操作員必須沖洗死端主干管道，否則細菌會以死端中積累的磷酸鹽為食。操作員必須建立并滿足嚴格的劑量目標和 pH 值范圍。最重要的是，一旦供水企業(yè)開始使用正磷酸鹽處理，就不能不因為產(chǎn)生后果就停止。良好的腐蝕控制程序可以有效防止重金屬溶解。但眾所周知，正磷酸鹽在含鉛服務管道內部形成的保護屏障，經(jīng)過幾十年的耐心鋪設，會以驚人的速度被破壞。

更好的檢測，更嚴格的合規(guī)性

科學在很多方面為操作員提供了更好地完成多項任務的工具（圖 1）。除了強化混凝和新的腐蝕控制技術外，還出現(xiàn)了許多工藝，例如紫外線消毒、高速澄清（管式和板式沉淀器）和過濾、顆?；钚蕴?(GAC) 和粉末活性炭、專為去除特定顆粒而設計的膜等等。與此同時，科學為操作員的實驗室分析工具庫提供了巨大的改進。操作員現(xiàn)在可以準確地檢測水中的化合物和微生物，而這在 50 年前是未知的。

隨著操作員獲得發(fā)現(xiàn)它們的能力，他們研究它們的能力也提高了。許多化合物和微生物已被證明對人體健康有害，因此受到了監(jiān)管。幾十年前，許多當今的有害污染物及其相關的監(jiān)管要求還不是操作員的術語。用于檢測、處理和監(jiān)管它們的操作方法也并非如此。例如，供水企業(yè)尚不清楚單位過濾運行量 (UFRV)、空床接觸時間 (EBCT)、濃度×時間 (C×T) 值、超濾 (UF)、納濾 (NF)、反滲透 (RO)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集 (SCADA) 系統(tǒng)和溶氣浮選 (DAF) 等術語將在多大程度上影響他們的未來。操作員不在實驗室進行酶聯(lián)免疫吸附測定 (ELISA) 程序，也不在辦公桌前計算 90 百分位鉛含量結果。仔細想想，1975 年，國家飲用水咨詢委員會 (NDWAC) 甚至還沒有成立，以提供操作員認證 (OpCert) 指導。

下一步去哪兒？

最后，生物過濾正在多家供水企業(yè)使用，并已被證明是有效的。經(jīng)過精心維護，生物過濾器可以同時去除有機和無機污染物，從而產(chǎn)生優(yōu)質的水質。然而，生物過濾器容易出現(xiàn)由地下水道生物污染引起的水力問題以及水質下降，導致過濾器運行時間縮短，錳、味覺和氣味化合物以及有機碳的突破。

接受挑戰(zhàn)

無論研究人員和工程師開發(fā)出什么技術進步（而且他們一定會開發(fā)），供水企業(yè)都需要能夠充分利用這些技術。事實上，供水企業(yè)的作用就是接受這些挑戰(zhàn)，就像他們過去一直做的那樣，這樣子孫后代才能繁榮昌盛。