自来水“硬度高、碱度大、水垢多”，带来的不仅是口感差，且容易结垢堵塞、锈蚀管道。这些问题是济南市平阴县的百姓长期以来的一块“心病”。去年７月，平阴县田山水厂开工建设。一年来，这个承担着“十二五”国家水专项“地下水源饮用水卤代烃及硬度控制技术研究与工程示范”课题的水厂应用了多项新发明、新工艺。工程竣工后，被当地千家万户“吐槽”的问题得到极大改善：“做饭、泡茶的味道和原先确实不一样，水好喝多了！”
过去的４年中，课题牵头单位山东省城市供排水水质监测中心联合清华大学、中国科学院生态环境研究中心、河海大学等７家高校、科研院所及供水企业，聚焦我国地下水源卤代烃污染和高硬度等问题，在全国性调研、试验研究和中试验证基础上，提出污染控制和工艺技术解决方案，并在济南和徐州进行工程示范，为解决我国同类型地下水源水厂饮用水水质问题提供了强有力的科技支撑和典型工程案例。
□邵筱琳
调研解析 地下水源污染防控
有了基础性数据支撑
千百年来，地下水都是我国城乡居民的重要水源。“但地下水也有其本身的问题。在我国北方地区，硬度普遍偏高，口感略差，且容易结垢锈蚀管道形成堵塞。再者，过去由于环境法规和认知水平限制，一些农药、石化企业将部分未经处理的工业废水排入地下，水源受到卤代烃等化学污染物污染，饮用这种水会对人体健康带来危害。”课题负责人、山东省城市供排水水质监测中心研究员孙韶华介绍，针对上述比较典型的地下水质问题，他们开展了系统性控制技术研究和工程示范。
为确保调研成果具有广泛性、代表性和准确性，课题组提出了地下水卤代烃污染与高硬度问题的整体调研方案，委托１２家国家级供水水质监测实验室协助开展地下水源调研及水质数据分析，并创新性地引入调研区域人口密度、土地利用类型、地下水年开采量等指标，在全国范围内确定了１０００个样本点作为课题目标调研点。
“课题组采用查阅历史资料数据、座谈交流、委托检测等方式，在全国重点地区、重点流域和示范城市三个维度上，对地下水污染物种类及浓度、水文地质信息、污染源分布等进行了系统普查、深入调研和针对性监测。”孙韶华说，课题组结合实验室研究、中试验证成果展开深入解析，基本明确了我国重点地区地下水源卤代烃污染情况及硬度分布特征，为污染控制及处理工艺技术选择提供了基础性数据支撑。
自主研发
赢得经济社会效益双丰收
因地下水水文地质条件复杂、污染类型多样，故解决地下水源卤代烃类有机污染问题的标志性大型实际应用工程案例很罕见。课题组决心啃下这块“硬骨头”，他们将工作重点放在了水厂卤代烃处理技术自主研发和工程化应用研究上，相继突破了多项关键技术，构建了“固定填料模具——风叶结构填料组件——填料床工艺布置——尾气收集处理”全链条技术研发和工程应用体系，实现了从材料研制到工艺技术全部自主知识产权和国产化。
核心技术固定填料床曝气吹脱工艺是一种“绿色无污染”的物理方法。现有工艺形式多采用曝气吹脱塔，存在建设运行成本高及二次污染，且处理方法、工艺参数均不适用于地下水源给水厂。课题组采用固定床曝气吹脱形式，通过新型的组合式风叶结构填料进一步增加气液接触面积，大大提高了曝气吹脱效率。此外，目前国内外曝气吹脱固定填料存在一些共同的缺点，孔隙率小，填料通常随机堆积，流道曲折，在长时间运行过程中，会因原水中的悬浮物、固体微粒结垢堵塞。课题组研发出的组合式风叶结构新型吹脱填料，孔隙率高、比表面积大、可组合、可旋转、强度高，一举解决了难题。同时，固定填料采用多层布置的方式，减少了填料的短流区，增加了水、气、膜的接触概率，脱除效果得到明显提升。课题组还配套研发了卤代烃尾气活性炭吸附技术，实现了尾气向大气中达标排放。
课题组研发的成套化技术分别在济南、徐州两座示范工程水厂建设中得到应用。济南东源水厂核心工艺采用课题组自主研发的“风叶结构固定填料床曝气吹脱——活性炭吸附卤代烃尾气”技术，设计规模５万ｍ３／ｄ。课题组将水厂原有清水池改造为曝气吹脱池，并安装自主研发的组合式风叶结构新型填料，同时新建了鼓风机房和尾气吸附系统，使工艺运行效果稳定，有效去除了水中挥发性卤代烃污染物，出水水质符合《生活饮用水卫生标准》要求，建设及运行成本大为降低，经济社会效益显著。
巧妙嫁接
“高大上”变得触手可及
济南市平阴县属于典型的碳酸氢钙型高硬地下水，虽总硬度指标基本符合国家生活饮用水卫生标准要求，但自来水烧开后极易产生水垢，城镇居民投诉率居高不下。
目前，国内外常用的除硬技术方法存在一定弊端，如离子交换树脂法再生复杂、废水量大；膜分离技术易堵塞、成本高，运行维护繁琐，产生的废水难以处理。而药剂软化法却有着技术方便、无废水产生、处理费低等优点，并在荷兰等地有着成功应用案例。但国内在药剂优选、工艺组合等方面的研究较少，更没有相关工程设计标准及运行管理经验。
课题组赶赴荷兰当地水厂深入学习，带回了这项先进的技术。但国内水厂除硬技术与国外均存在较大差异，“洋技术”来到国内后却“水土不服”。课题组为此进行了大量的改进性实验研究和不同水源水质条件下的中试验证，前后经过多次组织专家论证，最终提出了适于我国地下水源条件的诱晶除硬成套化技术参数和工艺组合。
目前，该技术已在济南平阴田山水厂规模化示范应用，工程规模达到３万ｍ３／日。课题组对此进行了半年的工艺评估和跟踪监测，结果表明，水质稳定达标，硬度指标明显降低，并极大地减少了投资和运行成本，简化了操作管理工序。这标志着该技术在国内城镇供水行业首次规模化工程应用。
大力推广
科技成果造福于民
为使高科技成果普惠大众，课题组编制了《卤代烃污染水源水质净化工程技术指南》《饮用水硬度去除技术指南》等标准化文件，科学地阐述了两项新技术的适用范围、使用条件、工艺组合、设计参数和运行管理要求，并申请发明专利２５项，发表论文３７篇；培养博士５名，硕士１４名，专业技能人才１００余名。“该课题研究不仅接地气，且创新性强，推广应用可让存在卤代烃污染和高硬度的地下水厂重新焕发生机活力，直接广泛地造福于民。下一步我们将配套研发，为小型化供水工程提标改造提供整装成套化实用性技术和一体化设备，直接服务于分散式供水和农村饮水安全保障。”国家水专项饮用水主题专家组成员、课题牵头单位山东省城市供排水水质监测中心负责人贾瑞宝研究员如是说。
课题负责人孙韶华研究员在示范工程通水调试现场
课题组成员在进行中试验证实验
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