创新与我国城市饮用水净化技术发展

书给水排水Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．１１２０１５１水业导航创新与我国城市饮用水净化技术发展哈尔滨工业大学李圭白梁恒社会需求是技术发展的动力，创新及技术突破将引领技术发展的方向。我国社会经济已进入一个新的改革发展时期，创新将成为社会发展的新动力。水业工作者在新的历史时期，以绿色、低碳、节能、环保、可持续发展的新的重大社会需求为导向，将不断探索自主创新之路，以寻求新的技术突破。本文将回顾历史中出现的一些重大创新和技术突破，论述其对我国城市饮用水净化工艺发展的推动作用，以及其为我们带来的启示。１建国前国内外城镇饮用水净化技术发展概况１．１保障城市饮用水生物安全性的重大社会需求２０世纪以前城市居民大多从井水或河流中取水。随着城市的发展，城市人口聚集愈来愈多，出现了大规模的疾病流行，包括水介烈性细菌性传染病（霍乱、伤寒、痢疾等）的流行，由此提出了保障饮用水生物安全性的重大需求。向城市引水自古有之，不过规模甚小。在此基础上发展出向城市居民集中供水管网，使居民可以饮用到比较清洁的水源水，是城市供水技术的一大突破。它与以氯消毒为核心的饮用水净化工艺一起，控制住了烈性细菌性传染病的流行，为人类社会的发展作出了重大贡献。２０００年，美国工程院历时半年，与３０多个美国职业工程协会一起评出了２０世纪对人类社会影响最大的工程技术成就２０项，其中城市供水及净化工艺（自来水）名列第四。英国著名的《焦点》杂志邀请该国１００名最权威的专家学者和１０００名读者，评出了世界上最伟大的发明，飞机、汽车、电灯、电脑、印刷、收音机等都榜上有名，但位居榜首的竟是抽水马桶。中世纪欧洲城市由于人类排泄物及垃圾堆积无法清除，成为城市发展最臭时期。在此背景下，１５９５年英国一位名叫约翰·哈林顿的教士发明了第一只抽水马桶，但由于城市缺乏排水系统而被冷落了２００多年，直到１８６５年伦敦将简陋的城市沟渠改造成正规的排水系统，才使抽水马桶开始发挥作用。抽水马桶能将排泄物迅速排出，极大地改善了室内卫生环境，并使居室内用水成为可能，为城市民居和公共建筑现代化（包括高层建筑）奠定了基础。１．２氯消毒———饮用水净化技术的重大突破氯消毒起源于１８５０年；１８９７年，英国用氯消毒饮用水来应对伤寒病。而将氯作为水常规处理工序，一般认为是从１９０２年开始的，比利时将其用于公共供水。氯能有效杀灭水中的致病细菌，基本控制住了水介烈性传染病的流行，使水的生物安全性得到了保障，是城镇饮水净化技术的重大突破。水中的悬浮物及浊质对氯消毒效果有较大的影响。为提高氯的消毒效果，需要将水中的悬浮物及浊质去除，为此研发出慢滤池。为减轻慢滤池的负荷，于慢滤池前设置预沉池，水在池中进行自然沉淀数日，可使水中大部分悬浮物和浊质得以去除。将氯消毒、慢滤池和预沉池三者组合，形成了以下工艺：河湖原水—预沉池—慢滤池—氯消毒—出水。１．３快滤池和混凝沉淀池慢滤池的负荷较低，只有０．１～０．２ｍ／ｈ，这是由于慢滤池滤层堵塞后，只能用人工的方法将滤层表面的含泥沙层刮除１～２ｃｍ，需停池数日，费力费时；在较大水厂中一般每座滤池只能每１～２月刮沙１次，这限制了负荷的提高。但随着城市发展，用水量愈来愈多，慢滤池占地面积愈来愈大，已不适应城市发展的需要。用水对滤层进行反冲洗以去除滤层中的积泥是一项重要发明，它在几分钟内就能将滤层中积泥清除，使提高滤池负荷成为可能，从而发展出快滤池。DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2015.0464２给水排水Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．１１２０１５试想如果没有这项发明，城市饮用水净化工艺将会长期停留在慢滤池阶段，可以看出水反冲洗对发展饮用水净化工艺的重要意义。不仅如此，现今一切以颗粒材料过滤为特征的水处理工艺，都是以反冲洗为基础而发展起来的。但提高滤速后，自然过滤后水的浊度过高，不能满足氯消毒的要求，向水中投加混凝剂进行混凝，使水中胶体聚集成较大粒子，可被滤层去除，从而使快滤池出水浊度显著降低。当原水浊度较高时，会使快滤池负荷过大，影响其经济性，故需于滤前设置沉淀池以部分去除水中的浊质，这就是混凝沉淀池。将以上构筑物组合起来，形成以下工艺：河湖原水—（混凝剂投加）—混合池—絮凝池—沉淀池—快滤池—氯消毒—出水。１．４澄清池与气浮池在立式沉淀池运行中，有人发现池中能形成絮体悬浮层，使净水效果显著提高，从而研发出澄清池。用机械搅拌驱动方法实现池内泥渣回流以使进水与之接触，称为机械循环澄清池。用上向流进水方式，使进水与悬浮泥渣层接触，称为悬浮泥渣澄清池。对于藻类或细微絮体，因其在池中沉淀慢，沉淀效果不佳，为提高去除浊质效率，借鉴选矿中的气浮技术，向水中释放细微气泡，使其附着于絮体上，能显著提高絮体上浮速度，提高固液分离效率，称为气浮净水技术或气浮池。在不同水质条件下，可用澄清池或气浮池替代沉淀池与快滤池组合，形