李海軍

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

農(nóng)村飲用水安全關(guān)系到農(nóng)村居民生活質(zhì)量和生命安全，為解決居民飲用高氟水問題，在平遙縣寧固鎮(zhèn)推廣應(yīng)用智能型飲用水除氟裝置，降低了飲用水中的含氟量，達(dá)到了國家規(guī)定的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，取得了良好的效果。

1 示范區(qū)基本情況

寧固鎮(zhèn)位于平遙縣西北部，面積31.5 km2，人口1.6萬人。該區(qū)地處汾河地區(qū)，受水文地質(zhì)條件的影響，淺層地下水中氟化物等有害元素嚴(yán)重超標(biāo)，飲用水氟化物含量達(dá)3.01 mg/L。為改善飲水水質(zhì)，2005年當(dāng)?shù)卣ǔ杉泄┧こ蹋㈤_始使用山東碧海機(jī)械有限公司生產(chǎn)的反滲透除氟設(shè)備，采用集中供水方式供水，解決飲水中氟含量超標(biāo)問題。但由于該設(shè)備產(chǎn)生的廢水較多，產(chǎn)生二次污染，加之已運(yùn)行5年，出水量越來越小，根本滿足不了當(dāng)?shù)鼐用竦娜丝谠鲩L對(duì)用水需求，因此采用智能型模塊式除氟裝置替代原來的反滲透除氟設(shè)備。

2 智能型飲用水除氟裝置

智能型飲用水除氟裝置采用Bio-F除氟濾料，原水經(jīng)其吸附過濾后，能有效去除高氟水中的氟離子，出水氟含量小于1 mg/L，達(dá)到了國家規(guī)定的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且除氟效果明顯，設(shè)備操作簡單，能耗小，無有毒廢液，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染。

2.1 設(shè)備組成及產(chǎn)水過程

設(shè)備由預(yù)處理（初濾）系統(tǒng)、除氟系統(tǒng)、后置過濾系統(tǒng)、再生系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和一些泵、閥、儀表、管路等組成。

2.1.1 產(chǎn)水工藝流程

智能型除氟設(shè)備產(chǎn)水過程分為三部分：第一部分為初濾，主要去除原水中泥沙、懸浮物等雜質(zhì)，降低原水濁度，以滿足除氟系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求；第二部分為除氟，原水從罐體下部進(jìn)入，經(jīng)濾料除掉水中的氟離子，然后從設(shè)備上部管道出水進(jìn)入后置系統(tǒng)，下部進(jìn)水可以讓原水與濾料充分接觸，達(dá)到更好的除氟目的；第三部分為后置過濾，采用果殼活性炭為濾料，主要去除水中的色度、異嗅異味和溶解的有機(jī)污染物，提高供水水質(zhì)。

2.1.2 產(chǎn)水操作流程

設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，額定產(chǎn)水量為40 m3/h，可通過調(diào)節(jié)變頻器的設(shè)定值來控制原水泵的流量。第一步啟動(dòng)原水泵，設(shè)備開始正常產(chǎn)水。當(dāng)原水池水位低于液位開關(guān)的設(shè)定值或凈水池水位高于液位開關(guān)的設(shè)定值時(shí)，原水泵會(huì)停止運(yùn)行，以防水泵電機(jī)燒毀。當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，原水泵自動(dòng)啟動(dòng)。第二步停止原水泵，設(shè)備停止運(yùn)行。

2.1.3 再生操作流程

當(dāng)吸附劑飽和時(shí)，需對(duì)吸附劑進(jìn)行再生，恢復(fù)對(duì)氟的吸附能力。再生周期根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)設(shè)定，再生過程由電腦自動(dòng)控制，再生前準(zhǔn)備藥純度98%或以上的食品級(jí)片堿（氫氧化鈉）約86.7 kg，配置藥水8.5 t到再生罐中。加藥前需將罐體內(nèi)的水排空，通過再生泵將藥水從設(shè)備底部打入濾罐中。當(dāng)排廢口流出的藥水約為總量的20%時(shí)，停止再生泵，確保濾料在藥水中浸泡12 h后，再將剩余藥水打入罐體，然后用原水進(jìn)行沖洗0.5 h左右，即可進(jìn)入產(chǎn)水流程。排出的再生廢液僅含無有害元素的鹽類，在廢液池中自然蒸發(fā)即可，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

2.1.4 后濾料反洗操作流程

活性炭在使用過程中需根據(jù)原水水質(zhì)情況進(jìn)行反沖洗，反洗周期與原水水質(zhì)有關(guān)，反洗是通過水流自下而上流過濾床，將濾料中的雜質(zhì)帶走。如需將濾罐中的水排掉時(shí)，須進(jìn)行排空操作。

2.2 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)采用PLC程序控制，通過觸摸式人機(jī)界面操作，完成水處理設(shè)備的運(yùn)行、反洗、再生等功能。主要有主界面、全廠監(jiān)控、產(chǎn)水控制、粗濾監(jiān)控、系統(tǒng)故障、系統(tǒng)幫助等6個(gè)操作界面。通過各個(gè)界面可實(shí)時(shí)監(jiān)控相關(guān)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)或設(shè)置需要的工藝參數(shù)。系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，默認(rèn)打開的操作界面為“主界面”，可通過點(diǎn)擊各界面右下角的“菜單”按鈕，進(jìn)行切換。

本設(shè)備實(shí)行自動(dòng)化控制，原水泵在提速或流量設(shè)置過大時(shí)，由于除氟設(shè)備存在一定的水阻而產(chǎn)生一定壓差，此時(shí)壓力繼電保護(hù)將動(dòng)作變頻器以5 Hz/s的速度降頻運(yùn)行甚至停止，當(dāng)壓力恢復(fù)正常后會(huì)自動(dòng)接續(xù)工作。當(dāng)凈水池水位超高或原水池水位過低時(shí)，原水泵會(huì)自動(dòng)停止，當(dāng)水位恢復(fù)正常后，原水泵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，繼續(xù)工作。

2.3 智能型除氟裝置特點(diǎn)

一是智能化程度高。該裝置基本實(shí)現(xiàn)了從進(jìn)水、除氟、出水以及再生全過程自動(dòng)化，使用者只需接入待處理水源，便可獲得含氟量達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的飲用水。二是安全性高、除氟容量大、除氟速度快、適應(yīng)性強(qiáng)。吸附劑以生物食品的加工廢棄物為主要原料研制而成，其毒理學(xué)指標(biāo)與食品標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)，除氟容量大，含氟量高于10 mg/L的高氟水地區(qū)也能適用；再生方法簡單，再生效果穩(wěn)定，無有毒廢液；對(duì)進(jìn)水水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，pH值適應(yīng)范圍廣，避免了常規(guī)除氟設(shè)備采用活性氧化鋁或其他含鋁原料所導(dǎo)致的鋁離子析出的風(fēng)險(xiǎn)。三是高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。該裝置除氟效率高于90%，平均耗電量少，運(yùn)行費(fèi)用低于0.2元/m3，再生廢液僅含鹽類，無有害元素，處理簡單，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染。四是操作簡單。打開開關(guān)就有達(dá)到國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的凈水，關(guān)閉就停止供水，完全人性化設(shè)計(jì)，使用相當(dāng)方便，適合集中供水的高氟地區(qū)使用。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 除氟效果

在平遙縣寧固鎮(zhèn)集中供水工程處安裝智能型飲用水模塊式除氟裝置，經(jīng)現(xiàn)場安裝調(diào)試，于2009年10月底開始試運(yùn)行，同年11月28日設(shè)備正常運(yùn)行，運(yùn)行后連續(xù)12個(gè)月對(duì)原水和處理后的水中氟化物含量進(jìn)行監(jiān)測，均達(dá)到了國家規(guī)定的飲用水氟化物含量標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)備運(yùn)行期間，針對(duì)當(dāng)?shù)厮|(zhì)泥沙含量大的特點(diǎn)，在原除氟設(shè)備初濾基礎(chǔ)上增加了除氟前的二級(jí)過濾設(shè)備——纖維球過濾器附帶反沖洗泥沙自動(dòng)設(shè)備，增加的設(shè)備將原水中的大部分泥沙進(jìn)行過濾，并將過濾的泥沙通過反沖洗設(shè)備自動(dòng)定時(shí)排除，保障了設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)提高了設(shè)備自動(dòng)化程度，拓寬了智能除氟設(shè)備的使用范圍。

3.2 效益分析

3.2.1 社會(huì)效益

長期飲用高氟水可引起地方性氟中毒，出現(xiàn)氟斑牙和氟骨癥，嚴(yán)重者可造成骨質(zhì)疏松、骨變形，甚至癱瘓，喪失勞動(dòng)能力。智能型飲用水除氟裝置的推廣使用，能有效去除高氟水中的氟離子和氟化物，使出水達(dá)到國家規(guī)定的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可解決水中氟含量超標(biāo)問題，提高高氟水地區(qū)居民的身體健康和生活質(zhì)量，具有明顯的社會(huì)效益。

3.2.2 經(jīng)濟(jì)效益

全省農(nóng)村廣大高氟水地區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，而目前市場上除氟設(shè)備價(jià)格昂貴，運(yùn)行成本高，智能型飲用水模塊式除氟裝置除氟效果好，操作維護(hù)簡單，使用成本低，非常適合集中供水工程除氟使用。智能型家用除氟小型設(shè)備，價(jià)格不高，農(nóng)民易接受，除氟效率高，含氟水經(jīng)濾料過濾3~4 min即可除去氟離子，操作簡單，適合分散供水廣大的農(nóng)村居民使用，不僅降低了除氟投資和運(yùn)行成本，而且減輕了農(nóng)民負(fù)擔(dān)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.3 環(huán)境效益

本裝置吸附劑原材料以生物食品的加工廢棄物為主要原料研制而成，后置過濾系統(tǒng)采用果殼活性炭為濾料，具有吸附力強(qiáng)、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、化學(xué)性能穩(wěn)定、易再生等特點(diǎn)。廢液不含有害成分，不會(huì)給周邊環(huán)境產(chǎn)生污染和帶來破壞，有利于環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)語

智能型飲用水除氟裝置經(jīng)過在寧固鎮(zhèn)的示范應(yīng)用，其除氟性能穩(wěn)定可靠，操作維修簡單，技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有廣闊的應(yīng)用前景。