導語

以水看科技進步，以水觀世界發展。“水看世界”帶您在云端游歷世界水務，博覽眾長，以為攻玉。（素材來自上海《凈水技術》雜志社情報咨詢服務板塊成果）

本期摘要

飲用水處理工藝的發展，一直是一個螺旋式上升的態勢。當隨著檢測技術的發展和普及，新的污染物被發現的時候，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，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。

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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，例如向當地監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》。美國環境保護署 (EPA) 制定了這些新規則，以設定監測和報告水質參數的具體要求，如果供水企業未能遵守這些要求，則必須執行這些要求。在此之前，州一級別供水企業的飲用水標準除了大腸菌群外，其他并未強制執行。五十年前，供水企業開始認識到，適應是必要的，因為每隔幾年就會出臺一系列法規，迫使供水企業作出改變。

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，氯化消毒技術發揮了巨大作用。1979 年之前，大多數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) 規則及其后續規則，即第一階段和第二階段消毒劑和消毒副產物規則 (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，氯會與其發生反應，形成數百種不需要的、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。于是一些規定被制定，要求操作員根據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處理中的作用。但供水企業需要為產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。膜系統成為許多水系統的首選技術，但它們通常需要大量資金和規劃。

20 世紀后期，許多供水企業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要求。出廠成品水渾濁度的增加代表急性突發的健康風險，而消毒副產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物規則所要求的：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 年發布的鉛和銅規則 (LCR) 要求水對構成供水系統和客戶家庭管道的金屬的侵蝕性較小。許多操作員發現，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) 公用事業公司的水廠經理。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，研究人員已經開發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，一旦供水企業開始使用正磷酸鹽處理，就不能不因為產生后果就停止。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、顆粒活性炭 (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。

隨著操作員獲得發現它們的能力，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，因此受到了監管。幾十年前，許多當今的有害污染物及其相關的監管要求還不是操作員的術語。用于檢測、處理和監管它們的操作方法也并非如此。例如，供水企業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)、監控和數據采集 (SCADA) 系統和溶氣浮選 (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？

撇開上文提及的新興的各種挑戰和威脅，水務行業的未來依然前景一片光明，美國缺水地區的每一滴水都是寶貴的。例如，水研究基金會正在資助研究人員，幫助他們改進已在使用的技術，看看是否可以優化這些技術以獲得更好的性能。目前，正在進行的研究項目旨在研究使用臭氧和生物過濾的飲用水再利用標準，其中必須包括最大限度地減少有機物和顆粒物的能力。如果人類想在缺水地區繁衍生息，水務專業人士必須改進廢水處理方法，并將其直接轉化為可靠的飲用水。

最后，生物過濾正在多家供水企業使用，并已被證明是有效的。經過精心維護，生物過濾器可以同時去除有機和無機污染物，從而產生優質的水質。然而，生物過濾器容易出現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

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

原文：OPERATORS KEEP PACE WITH INDUSTRY CHANGES

出處：J Opflow

作者：NICK PIZZI

翻譯：《凈水技術》實習編輯 張龍龍

排版： 《凈水技術》編輯 李濱妤

審核： 《凈水技術》社長/執行主編 阮辰旼

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