宋 鑫

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830002)

1 工程背景

葉城縣西片區(qū)水廠工程的供水水源為提孜那甫河，提孜那甫河屬冰雪融水及降水補(bǔ)給為主的河流，徑流的年內(nèi)分配極不均勻，其多年平均年徑流量為4.0042×108m3，最大年徑流量為4.7541×108m3(1994年)，最小年徑流量為2.9814×108m3(1993年)，經(jīng)分析葉城縣西片區(qū)用水量P=50%、P=75%、P=95%時(shí)的年徑流量分別為3.99×108m3，3.62×108m3，3.11×108m3。2014年新建西片區(qū)水廠，日供水規(guī)模為13115.74m3/d，2017年西片區(qū)水廠水源及管網(wǎng)改造工程，日供水規(guī)模為20398.084m3/d，其中新水廠供水規(guī)模為13115.74m3/d，超出新水廠供水規(guī)模的部分由恰瓦克11村水廠、依力克其5村水廠負(fù)責(zé)供水，日供水規(guī)模為7282.344 m3/d，新水廠供水規(guī)模未發(fā)生變化，本次復(fù)核滿足用水規(guī)模。

2 亟待解決的問題

本次葉城縣西片區(qū)水廠改擴(kuò)建工程水源采用提孜那甫河地表水，由于原水水質(zhì)濁度汛期濁度高，需采用凈化措施，方能滿足飲水安全要求，現(xiàn)狀工藝無法滿足對(duì)原水處理的降濁時(shí)間及水量，從而導(dǎo)致出廠水濁度不達(dá)標(biāo)，2019年6月水廠出廠水濁度達(dá)到91NTU。本次新建調(diào)蓄沉砂池容積按2.5d調(diào)蓄時(shí)間計(jì)算，取整為39000m3/d，調(diào)蓄沉砂池布置形式采用一處沉砂、一處運(yùn)行的交替形式。

2019年2月喀什市供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)站檢測(cè)出提孜那甫河水原水中硫酸鹽含量326mg/L，總硬度470mg/L超標(biāo)，同批檢測(cè)出廠水硫酸鹽含量261mg/L，總硬度450mg/L，硫酸鹽超標(biāo)。2019年6月18日新疆昌源水務(wù)科學(xué)院檢測(cè)出西片區(qū)水廠出廠水渾濁度91NTU，肉眼可見物主要為泥沙沉淀，總大腸桿菌3.1?，F(xiàn)狀水廠未設(shè)計(jì)除鹽設(shè)備，無法解決水質(zhì)中的硫酸鹽和總硬度超標(biāo)問題；現(xiàn)狀預(yù)沉池水流停滯時(shí)間不足，不能起到初沉的效果，在汛期斜板沉淀池運(yùn)行困難，淤積嚴(yán)重，水廠現(xiàn)狀一體化凈水設(shè)備不能對(duì)水質(zhì)超標(biāo)問題進(jìn)行相應(yīng)的處理，導(dǎo)致出廠水不達(dá)標(biāo)。新水廠運(yùn)行期維護(hù)和管理跟不上，水處理設(shè)備中電動(dòng)蝶閥現(xiàn)均不能電啟動(dòng)，只能手動(dòng)操作，運(yùn)行管理不便；設(shè)備在線濁度儀現(xiàn)狀 不能提供進(jìn)、出廠水濁度數(shù)據(jù)，水質(zhì)濁度僅靠工作人員肉眼觀察，憑借經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行加藥絮凝，降濁效果不明顯。

本工程主要建設(shè)任務(wù)為老水廠新建除鹽設(shè)備(超濾+反滲透)，針對(duì)超標(biāo)水質(zhì)進(jìn)行處理，處理后輸水至清水池進(jìn)行調(diào)配，滿足出廠水飲用標(biāo)準(zhǔn)。

3 前端預(yù)處理工藝

根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果顯示，水源主要存在的問題是硫酸鹽、總硬度、濁度超標(biāo)，因此采用常規(guī)深度處理工藝難以除去，因此需要采用除鹽處理工藝法，在進(jìn)行除鹽處理前，必須對(duì)水源水進(jìn)行除鹽前端處理，針對(duì)除鹽前端處理工藝流程進(jìn)行如下兩個(gè)方案的比選。

3.1 多介質(zhì)過濾器

多介質(zhì)過濾器是一種機(jī)械過濾的技術(shù)，即借助層狀的無煙煤、砂、細(xì)碎石榴石或其他材料所組成的床層達(dá)到水源水過濾的目的。為達(dá)到較好的過濾效果，床層頂層應(yīng)為最輕質(zhì)、品級(jí)最粗的材料，最重、品級(jí)最細(xì)的過濾材料應(yīng)設(shè)置在床層最底層。如此設(shè)計(jì)才能使水源水中的顆粒按照粒徑大小逐次被床層頂層至介質(zhì)的較深層逐一去除，實(shí)現(xiàn)深度過濾，并使水質(zhì)達(dá)到粗過濾后的標(biāo)準(zhǔn)水平。

葉城縣西片區(qū)水廠水處理多介質(zhì)過濾器設(shè)備是壓力式的，當(dāng)水源水自上而下經(jīng)過濾料，水中懸浮物便會(huì)因吸附及機(jī)械阻流等綜合作用而遭到濾層表面的截留，待失去大部分懸浮物的原水流經(jīng)濾層時(shí)，濾料層內(nèi)排列緊密的砂粒增大了水中微粒與砂粒接觸的機(jī)會(huì)，水中凝絮物、殘余的懸浮物與砂粒表面發(fā)生相互黏附后，便會(huì)將原水中雜質(zhì)進(jìn)一步截留在濾料層，達(dá)到澄清水質(zhì)的目的。

3.2 超濾膜預(yù)處理

超濾是一種重要的飲用水膜分離技術(shù)，超濾技術(shù)比常規(guī)水處理技術(shù)更能有效過濾和去除原水中微米級(jí)的顆粒，還能有效過濾和去除常規(guī)水處理技術(shù)所無法處理的納米級(jí)微粒，提升飲用水水質(zhì)。超濾這種膜分離技術(shù)屬于壓力驅(qū)動(dòng)程序，通過篩除機(jī)理將水中雜質(zhì)徹底去除，并在壓力驅(qū)動(dòng)下使水流透過膜從高壓側(cè)流至低壓側(cè)，膜將水中大小微粒組分統(tǒng)統(tǒng)阻隔，濃縮后的水呈濃縮液的形式排出。超濾膜分離技術(shù)對(duì)于大分子物質(zhì)、膠體、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的分離均較為適用，對(duì)溶質(zhì)分子量的分離下限可達(dá)數(shù)千DMtons，所分離的組分孔徑范圍可達(dá)0.001-0.05μm，對(duì)于原水中的懸浮物、膠體、有機(jī)物等雜質(zhì)均能有效去除，對(duì)于多介質(zhì)過濾器能起到有效的取代作用[1]。

但從當(dāng)前超濾技術(shù)在國內(nèi)外水廠中的應(yīng)用和實(shí)際運(yùn)行情況來看，該技術(shù)仍面臨無法有效去除包括耗氧量、UV-254、氨氮等在內(nèi)的溶解態(tài)有機(jī)污染物的難題；在超濾膜使用時(shí)還可能出現(xiàn)膜絲斷裂等問題，導(dǎo)致未經(jīng)處理的原水通過斷裂破損膜絲直接進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)，并與處理過的水發(fā)生混合。超濾膜耐極端溫度性能差，隨著水溫的升高和黏度的增大，跨膜壓力差TMP和及膜阻力系數(shù)會(huì)顯著增大，導(dǎo)致頻繁觸發(fā)反洗膜通量降低[2]。當(dāng)氣溫和水溫較低時(shí)，超濾膜殼內(nèi)存水結(jié)冰后會(huì)損壞膜絲。此外，直接應(yīng)用超濾膜過濾技術(shù)還面臨嚴(yán)重的由較低無機(jī)鹽、膜膠體、溶解性有機(jī)物、污泥、膜生物降解產(chǎn)物等引起的膜污染問題。

經(jīng)過以上對(duì)多介質(zhì)過濾器與超濾膜處理技術(shù)的分析，將原水反滲透前兩個(gè)預(yù)處理工藝從適用范圍、處理濁度、出水水質(zhì)、運(yùn)行穩(wěn)定性、對(duì)反滲透膜保護(hù)、使用壽命及設(shè)備投資等方面進(jìn)行綜合比選，具體見表1。

表1 多介質(zhì)過濾器與超濾預(yù)處理工藝對(duì)比表

通過以上的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件介紹可以看出，超濾膜和多介質(zhì)過濾器是都能作為反滲透膜預(yù)處理工藝，但是超濾膜處理技術(shù)能更好的適應(yīng)原水水質(zhì)，其出水水質(zhì)也比多介質(zhì)過濾器出水水質(zhì)優(yōu)，更有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)后續(xù)反滲透膜系統(tǒng)的保護(hù)，使反滲透膜系統(tǒng)的使用壽命大大延長，系統(tǒng)運(yùn)行成本有效降低。為此，考慮到葉城縣西片區(qū)水廠原水水質(zhì)較差，所以，其預(yù)處理工藝推薦采用超濾膜處理。

超濾是葉城縣西片區(qū)水廠反滲透的預(yù)處理，通過超濾膜處理后的出水能有效保證反滲透進(jìn)水水質(zhì)，提升反滲透系統(tǒng)的使用壽命?？紤]到葉城縣西片區(qū)水廠原水水質(zhì)離子超標(biāo)，所以通過超濾與反滲透勾兌出水的方式在確保達(dá)標(biāo)出水的基礎(chǔ)上，還能適度保留水中有益身體健康的礦物離子，并降低反滲透處理規(guī)模和運(yùn)行成本。

4 原水前端超濾膜預(yù)處理

4.1 處理系統(tǒng)

葉城縣西片區(qū)水廠原水前端超濾膜預(yù)處理主要使用北京BS有限公司所生產(chǎn)的中空絲型超濾組件，該超濾膜處理組件主要由超濾膜系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成[3]。采用的中空絲膜比一般超濾膜具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性，其pH值在2.0-10.0之間，使用壽命平均在1a以上，并能抵御氯離子等有機(jī)溶劑的影響；間隔30-60min可進(jìn)行自動(dòng)反沖洗，中空絲膜內(nèi)外層均設(shè)置有活化層，兩面均可用于過濾，且對(duì)于高黏性、高懸浮物含量等淤水的預(yù)處理較為適用。

4.1.1 超濾膜系統(tǒng)

葉城縣西片區(qū)水廠超濾膜預(yù)處理系統(tǒng)主要由超濾膜阻器、進(jìn)出口閥組、進(jìn)水泵、反洗水泵及空壓機(jī)等設(shè)備及部件組成，構(gòu)成簡圖詳見圖1。超濾膜阻器是超濾膜預(yù)處理系統(tǒng)的核心部件，也是決定系統(tǒng)出水水質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵；進(jìn)出口閥門主要由進(jìn)出水閥、反洗進(jìn)出水閥、放空及通氣閥等構(gòu)成，超濾膜預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后便進(jìn)入反洗周期，通過濾膜的反洗將膜表層附著物除去，確保膜絲及濾膜的良好使用性能。

4.1.2 控制系統(tǒng)

葉城縣西片區(qū)水廠原水超濾膜預(yù)處理膜阻器出/入口閥組控制系統(tǒng)主要采用的是PLC(Programmable Logic Controller)可編程控制器，能滿足西片區(qū)水廠原水超濾膜處理設(shè)備狀態(tài)反應(yīng)周期不足50ms的控制要求，及時(shí)性與可靠性有保證。在進(jìn)行超濾膜預(yù)處理控制的過程中，主要進(jìn)行單個(gè)膜阻在30min周期內(nèi)產(chǎn)水→反洗→產(chǎn)水的循環(huán)控制，2個(gè)產(chǎn)水環(huán)節(jié)耗時(shí)28.5min，反洗過程耗時(shí)1.5min；待各膜阻器按次序進(jìn)入反洗狀態(tài)后，相鄰膜阻器存在1.5min的運(yùn)行時(shí)間差，所以，PLC可編程控制器能確保同一時(shí)間下僅有一組膜阻器處于反洗狀態(tài)，有效防止因閥門頻繁啟閉而導(dǎo)致的水錘效應(yīng)。

圖1 超濾膜預(yù)處理系統(tǒng)構(gòu)成簡圖

4.2 預(yù)處理效果

生活飲用水供水工程必須向用戶提供符合飲水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的安全衛(wèi)生水，因此在選擇水源時(shí)，應(yīng)以水質(zhì)良好為主要依據(jù)。根據(jù)2019年6月喀什市供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)站對(duì)葉城縣西片區(qū)水廠出水進(jìn)行的檢測(cè)結(jié)果，其生活飲用水的感官性狀指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)、毒理學(xué)指標(biāo)及細(xì)菌學(xué)除硫酸鹽不滿足飲水安全要求外，其余各項(xiàng)指標(biāo)均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)及《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB5750-2006)的要求，詳見表2，預(yù)處理效果優(yōu)良，并為進(jìn)一步的反滲透除鹽處理提供了水質(zhì)保障。

表2 西片區(qū)原水水樣檢驗(yàn)數(shù)據(jù)表

續(xù)表2 西片區(qū)原水水樣檢驗(yàn)數(shù)據(jù)表

5 結(jié) 論

文章分析結(jié)果表明，超濾膜預(yù)處理技術(shù)能實(shí)現(xiàn)原水的凈化、分離與濃縮，介于微濾和納濾之間的超濾膜除能有效隔離和去除懸浮顆粒、膠體顆粒外，還能去除藻類、細(xì)菌、兩蟲、病毒及水生生物等。與傳統(tǒng)的農(nóng)村飲水工程原水預(yù)處理技術(shù)相比，超濾膜預(yù)處理技術(shù)具有分離效率高、能耗低、工作壓力低等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)于農(nóng)村飲水水質(zhì)凈化，含油廢水及紙漿廢水凈化、海水淡化等領(lǐng)域均具有普遍適用性。文章以新疆葉城縣西片區(qū)水廠工程為例所進(jìn)行的原水超濾膜預(yù)處理技術(shù)原理及應(yīng)用過程的分析對(duì)于類似農(nóng)村飲水工程水質(zhì)凈化具有借鑒參考價(jià)值。