李永強(qiáng)，李永生，張 憲

（金鄉(xiāng)縣水務(wù)局，山東 金鄉(xiāng) 272200）

1 金鄉(xiāng)縣農(nóng)村供水現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

金鄉(xiāng)縣地處中國(guó)東部的魯西南平原腹地，總面積886km2，總?cè)丝?2萬(wàn)。2004年底，金鄉(xiāng)縣農(nóng)村飲水含氟超標(biāo)人數(shù)有18.67萬(wàn)人；苦咸水人數(shù)21.11萬(wàn)人；飲水基本安全人數(shù)15.19萬(wàn)人，普及率27.6%，其中自來(lái)水受益人數(shù)7.6萬(wàn)人，普及率13.8%。

近年來(lái)，金鄉(xiāng)縣委、縣政府對(duì)解決農(nóng)村飲水困難工作非常重視，加大了投資力度，僅2005—2007年根據(jù)山東省村村通自來(lái)水工程建設(shè)的要求，新建集中供水工程41處，564個(gè)行政村45.3萬(wàn)人吃上了自來(lái)水，村莊自來(lái)水普及率達(dá)到92.4%，其中解決飲水不安全人口29.88萬(wàn)人，基本達(dá)到飲水安全標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 農(nóng)村供水設(shè)施情況及供水能力

金鄉(xiāng)縣目前農(nóng)村集中供水所用水源均為深層地下水。深層地下水水質(zhì)60%左右水源基本符合國(guó)家農(nóng)村飲水安全標(biāo)準(zhǔn)，40%水源還達(dá)不到國(guó)家農(nóng)村飲水安全標(biāo)準(zhǔn)，甚至與國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)還有很大差距。有的直接提取地下水供水到戶，無(wú)凈化設(shè)施。人均日生活用水量為60～80L，供水工程管理方式都是以個(gè)人經(jīng)營(yíng)為主，一般管理人員1～2人，沒(méi)有水質(zhì)檢驗(yàn)?zāi)芰ΑＫ畠r(jià)制定根據(jù)保本微利的原則制定，受村委會(huì)監(jiān)督，在0.8～1.5元/m3之間。由于深層地下水補(bǔ)給困難，儲(chǔ)量有限，通過(guò)幾年的運(yùn)行已出現(xiàn)水量減少，水質(zhì)變差現(xiàn)象。

1.2 農(nóng)村飲水安全面臨的主要問(wèn)題

根據(jù)調(diào)查摸底和水質(zhì)抽檢情況，金鄉(xiāng)縣農(nóng)村飲水不安全因素主要是水質(zhì)問(wèn)題。據(jù)2009年對(duì)農(nóng)村飲水水源調(diào)查結(jié)果，在金鄉(xiāng)縣中部、西部、西北部地區(qū)，80%的水質(zhì)超過(guò)國(guó)家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，主要是水中含鹽量較高，以硫酸鹽、氯化物為主，溶解性總固體、總硬度超標(biāo)，個(gè)別地區(qū)含氟量超標(biāo)。危害主要表現(xiàn)為水質(zhì)較咸、苦、澀，喝過(guò)之后使人腸胃不適。

2 水處理技術(shù)的應(yīng)用

針對(duì)金鄉(xiāng)縣供水水源硫酸鹽、含氟量、總硬度超標(biāo)問(wèn)題。聘請(qǐng)有關(guān)專家進(jìn)行了專題論證，針對(duì)供水水質(zhì)不是單一性指標(biāo)超標(biāo)，決定采用反滲透膜技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)處理和自動(dòng)化控制，使水質(zhì)達(dá)到國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 凈水工藝流程

根據(jù)原水水質(zhì)分析資料，其水質(zhì)硫酸鹽和溶解性總固體超標(biāo)，其他指標(biāo)均能滿足國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，為保證能夠提供優(yōu)質(zhì)飲用水。工藝方案考慮采用膜處理技術(shù)，以去除硫酸鹽和溶解性總固體，為減少處理成本，采用深度處理水與原水混合的方式。為防止在輸配送過(guò)程中被二次污染，根據(jù)國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，需采取加氯消毒措施。按照此要求，水廠主要建、構(gòu)筑物有清水池、吸水井、二級(jí)泵房、加氯間、膜車間及連接管線。初步擬定該工程工藝流程如下：

水源來(lái)水一部分直接進(jìn)入清水池，另一部分進(jìn)入膜深度處理車間進(jìn)行凈化，凈化出水再同原水混合，進(jìn)入清水池，消毒后，由二級(jí)泵站打入市政管網(wǎng)。

2.2 消毒工藝的確定

消毒的目的主要是利用物理或化學(xué)的方法殺滅水中的病原微生物，以防止其對(duì)人類及畜禽的健康產(chǎn)生危害和對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染。

消毒方法大體上可分為物理法和化學(xué)法兩大類。物理法是應(yīng)用熱、光波、電子流等來(lái)實(shí)現(xiàn)消毒作用的方法。在目前的消毒處理中，采用或研究的物理法有加熱、冷凍、輻射、紫外線以及高壓靜電、微電解消毒等方法?；瘜W(xué)法是通過(guò)向水中投加化學(xué)消毒劑來(lái)實(shí)現(xiàn)消毒作用的方法。常用的化學(xué)消毒劑有氯及其化合物、各種鹵素、臭氧、重金屬離子等。目前國(guó)內(nèi)常用的給水消毒包括液氯消毒和二氧化氯消毒法。

采用二氧化氯消毒其特點(diǎn)是危險(xiǎn)性小，對(duì)環(huán)境影響較小，消毒副產(chǎn)物少，但運(yùn)行成本相對(duì)較高。

液氯消毒，其特點(diǎn)是液氯成本低、工藝成熟、效果穩(wěn)定可靠，但其消毒副產(chǎn)物越來(lái)越引起人們的關(guān)注。因此本工程建議采用二氧化氯消毒。

2.3 深度處理工藝的確定

根據(jù)水源地水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告顯示，硫酸鹽、溶解性總固體超標(biāo)，去除溶解性總固體、硫酸鹽的主要方法是膜技術(shù)：反滲透、納濾，兩者的特點(diǎn)比較如下：

2.3.1 納濾主要特點(diǎn)

1）納濾是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術(shù)，其截留分子量在80～1000的范圍內(nèi)，孔徑為幾納米，因此稱納濾。

2）納濾膜的主要特點(diǎn)是對(duì)二價(jià)離子、功能性糖類、小分子色素、多肽等物質(zhì)的截留性能高于98%，而對(duì)一些單價(jià)離子、小分子酸堿、醇等有30%～50%的透過(guò)性能，常被應(yīng)用于溶質(zhì)的分級(jí)、溶液中低分子物質(zhì)的洗脫和離子組分的調(diào)整、溶液體系的濃縮等物質(zhì)的分離、精制、濃縮工藝過(guò)程中。

3）部分溶解性總固體能穿透膜材料。適用條件：基于納濾分離技術(shù)的優(yōu)越特性，其在制藥、生物化工、食品工業(yè)等諸多領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。制水成本為 1.1～1.3元/t。

2.3.2 反滲透主要特點(diǎn)

1）反滲透是利用反滲透膜只能透過(guò)溶劑(通常是水)而截留離子物質(zhì)或小分子物質(zhì)的選擇透過(guò)性，以膜兩側(cè)靜壓為推動(dòng)力，而實(shí)現(xiàn)的對(duì)液體混合物分離的膜過(guò)程。

2）反滲透是膜分離技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，因具有產(chǎn)水水質(zhì)高、運(yùn)行成本低、無(wú)污染、操作方便、運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，而成為海水和苦咸水淡化，以及純水制備的最節(jié)能、最簡(jiǎn)便的技術(shù)。

3）對(duì)水中所有離子進(jìn)行截留。

4）所需動(dòng)力較納濾高。反滲透技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)中首選的水處理技術(shù)。目前已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、電子、化工、食品、海水淡化等諸多行業(yè)。制水成本為1.5～1.8 元/t。

通過(guò)比較分析，本工程采用 “預(yù)處理+單級(jí)反滲透”水處理工藝，該方案設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)水的品質(zhì)滿足要求，并已在多項(xiàng)類似工程中得到應(yīng)用。

反滲透設(shè)備具有安裝、使用、操作、維護(hù)方便，運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、自動(dòng)化程度高，經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)。因此建議采用“預(yù)處理+單級(jí)反滲透”深度處理工藝。

3 工程實(shí)例

金鄉(xiāng)縣目前已建成反滲透膜技術(shù)水處理工程6處，以馬廟鎮(zhèn)益康供水站為例，經(jīng)對(duì)金鄉(xiāng)縣馬廟益康井水水樣分析檢測(cè)，該井水超標(biāo)項(xiàng)目及其超標(biāo)倍數(shù)如表1所示。

因該水源屬極高硬度、高硫酸鹽型苦咸水，溶解性總固體、總硬度、硫酸鹽、嚴(yán)重氯化物超標(biāo)，要使其處理后的水質(zhì)達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)GB5749—2006，必須對(duì)其進(jìn)行軟化、脫鹽等工藝深度處理。對(duì)此采用了反滲透技術(shù)。在進(jìn)入反滲透處理之前，需對(duì)原水先進(jìn)行部分軟化、除鐵錳、除濁等預(yù)處理，使其符合反滲透膜系統(tǒng)的進(jìn)水要求。

3.1 預(yù)軟化（部分軟化）和吸附過(guò)濾

為防止難溶鹽如碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣等硬度構(gòu)成鹽分在反滲透系統(tǒng)內(nèi)因濃縮而結(jié)晶析出，形成垢物，以及懸浮物、膠體等對(duì)膜的污染，保證反滲透系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，需對(duì)原水進(jìn)行預(yù)軟化（部分軟化）和吸附過(guò)濾。

為保證反滲透系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，采用多介質(zhì)吸附過(guò)濾器，濾料選用公司專有的天然礦物質(zhì)多功能凈水濾料和石英砂、無(wú)煙煤，可達(dá)到預(yù)軟化、去除懸浮物和膠體的多重效果。

3.2 pH調(diào)節(jié)和投加阻垢劑

為了進(jìn)一步確保反滲透系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)極高硬度、高硫酸鹽型苦咸水，需調(diào)節(jié)pH和投加阻垢劑以防止難溶鹽在膜系統(tǒng)內(nèi)沉淀結(jié)垢。

3.3 反滲透系統(tǒng)

1）精密過(guò)濾器。為了防止細(xì)小懸浮物和膠體進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，反滲透設(shè)備前安裝精密過(guò)濾器，防止各種微粒進(jìn)入高壓泵和膜元件。

2）高壓泵。為RO系統(tǒng)提供必要的壓力，系統(tǒng)采用不銹鋼立式多級(jí)離心泵。

3）反滲透膜元件。反滲透膜元件采用性能優(yōu)越的復(fù)合膜組件，具有面積大、水通量大、操作壓低、單根脫鹽率高（99.5%）、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。

4）反滲透儀器、儀表。為了控制、監(jiān)測(cè)反滲透系統(tǒng)正常運(yùn)行，本裝置配有一系列在線測(cè)試儀器、儀表，包括產(chǎn)水電導(dǎo)率儀、產(chǎn)水和濃水流量計(jì)、系統(tǒng)各段壓力表、反滲透系統(tǒng)進(jìn)水和產(chǎn)品水pH計(jì)、高低壓保護(hù)開關(guān)和取樣裝置。

反滲透裝置設(shè)置一塊儀表盤和控制箱，在儀表盤上可讀出反滲透系統(tǒng)的有關(guān)工藝參數(shù)，在控制箱上啟停反滲透系統(tǒng)進(jìn)水高壓泵及相關(guān)的單元；濃水排放流量由安裝在反滲透濃水端的調(diào)節(jié)閥控制。能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、備用、沖洗等自動(dòng)和手動(dòng)操作功能。

5）化學(xué)清洗裝置。本系統(tǒng)為反滲透設(shè)備附件，備用。以清洗膜組件內(nèi)各種原因形成的污染物。

該工程產(chǎn)水規(guī)模為600t/d，產(chǎn)水水質(zhì)符合國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) (GB5749—2006)。反滲透脫鹽率≥96%；回收率≥75%。

4 結(jié) 語(yǔ)

金鄉(xiāng)縣通過(guò)實(shí)施反滲膜透技術(shù)水處理工程6處，解決了12萬(wàn)多人的飲水不安全問(wèn)題。水質(zhì)達(dá)到國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749—2006)。供水成本在1.5～1.8元之間，供水水價(jià)在2.5～3.0元之間，老百姓是可以接受的?？梢姡幚砑夹g(shù)在水質(zhì)差且沒(méi)有其他水源的地區(qū)，是解決飲用水不安全問(wèn)題的重要手段。