金溪鎮(zhèn)農(nóng)村飲水安全工程凈水工藝比選研究

劉齊東

(永嘉縣水利局，浙江 永嘉 325100)

1 水源選擇

1.1 水源概況

永嘉縣是浙江第四大縣、溫州第一大縣，素有“八山一水一分田”之稱，客觀上決定了農(nóng)村飲用水工程數(shù)量多、分布散、規(guī)模小，而金溪鎮(zhèn)農(nóng)村飲用水情況是永嘉的一個縮影，故文章選取金溪鎮(zhèn)的農(nóng)村飲用水作為代表對凈水工藝進行比選研究。

經(jīng)金溪鎮(zhèn)農(nóng)村實地現(xiàn)場踏勘，可引用的水源分為兩大類：一是村內(nèi)各山體間形成的山坑小溪，二是流經(jīng)各村的大型溪流?？紤]農(nóng)村供水的運行成本，農(nóng)村供水站基本上采用重力流引水，絕大部分水源從山坑小溪取用做為主水源，用于生活、生產(chǎn)，水源不足的供水站會在大型溪流內(nèi)設(shè)置大口井作為備用水源，確保農(nóng)村用水供水保障率。

1.2 水質(zhì)分析

取水口上游林木茂盛，植被良好，水土保持較佳。金溪鎮(zhèn)水源水質(zhì)清澈，正常情況下源水濁度底，但主汛期間，受暴雨影響，濁度會出現(xiàn)間歇性的增長?？紤]水源地上游植被良好，基本上無農(nóng)業(yè)灌溉用水，水質(zhì)經(jīng)綜合設(shè)備處理后可以滿足用水需求。

2 凈水工藝比選

2.1 主要工藝及其特點

2.1.1 常規(guī)水處理技術(shù)

常規(guī)水處理技術(shù)，一是指待處理的原水在水溫、濁度、含砂量以、污染物含量等方面均在一般的范圍內(nèi)；另一層含義是指所采用的處理工藝僅限于混凝、沉淀(氣浮)、過濾和消毒。因此，常規(guī)水處理技術(shù)是指對一般濁度的原水進行混凝、沉降(或氣浮)、過濾和消毒的水凈化技術(shù)，主要是去除濁度、色度和細菌和病毒的處理技術(shù)。常規(guī)的水處理技術(shù)雖然存在一定的局限性，但仍是給水處理中最基本常見的處理方法。濾池過濾性能的提升可通過原水的實際情況分析加進適當?shù)闹鸀V劑以提升去除率，降低出水濁度，但運行周期需要相應(yīng)縮短。如果出水水質(zhì)不能滿足水質(zhì)穩(wěn)定要求，則應(yīng)加入水質(zhì)穩(wěn)定劑，使出水水質(zhì)達到穩(wěn)定要求。

2.1.2 膜處理

膜處理技術(shù)是從20世紀70年代以來發(fā)展起來的一種新型水處理技術(shù)，在20世紀90年代的發(fā)展十分迅速。膜處理技術(shù)是一種以壓力為驅(qū)動力，利用不同孔徑的膜對水和顆粒物進行篩分和分離的技術(shù)。根據(jù)膜孔徑從大到小的排列方式，膜濾可以分為微濾、超濾、納濾和反滲透4種。膜材料主要有乙酸纖維膜、芳香族聚酰胺膜、聚砜膜、聚丙烯膜、無機陶瓷膜等。膜組件的主要形式有板式、卷式、中空纖維、管式等[1]。膜處理技術(shù)具有出水濁度低、水質(zhì)穩(wěn)定、適應(yīng)性強，藥劑投加量少，去除污染物范圍廣，可選擇不同的膜達到預(yù)定的分離效果，運行可靠，設(shè)備緊湊、易于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點[2]。缺點是：設(shè)備成本和運行成本高，膜易堵塞和污染，使用壽命短。近年來，隨著膜材料價格的不斷降低和膜技術(shù)的不斷發(fā)展，膜處理技術(shù)在水處理應(yīng)用領(lǐng)域的競爭越來越激烈。當前，在膜分離技術(shù)中，市政供水中超濾技術(shù)被廣泛應(yīng)用。

2.1.3 預(yù)處理——預(yù)氯化處理

預(yù)氯化是目前國內(nèi)大部分供水站對受污染水源水處理采用的主要工藝措施，其目的是利用氯的氧化能力和殺菌作用，抑制藻類的繁殖，控制嗅味，維護和清洗過濾介質(zhì)，去除水中的鐵錳，去除水中硫化氫、色度等，保證常規(guī)處理的穩(wěn)定運行，提高處理效果。但是氯與水中致突變前驅(qū)物質(zhì)相作用，使水的致突變活性強度增加，對人的身體健康影響大。因此，對受污染水源水采用預(yù)氯化處理應(yīng)持謹慎的態(tài)度，尤其是水源污染程度較重的，因產(chǎn)生“三致”物質(zhì)，在常規(guī)處理以及深度處理中均難以除去，只有通過活性炭吸附去除，但吸附的容量飽和后，必須對活性炭進行再生，再生的費用較高[3-5]。與常規(guī)工藝加藥+絮凝+沉淀+過濾工藝比較，超濾膜技術(shù)具有以下優(yōu)點：

表1 工藝與技術(shù)性能對比表

1)協(xié)助去濁，混凝劑的用量相對較小。超濾過程去除原水中濁度和懸浮物是非常有效的，經(jīng)超濾工藝的輔助，可以非常明顯地降低混凝劑的投加量，減少水的凈化過程中的污染環(huán)節(jié)，從而全面提高水的質(zhì)量。

2)超濾膜水具有很高的微生物安全性。因為微生物的大小一般而言會超過 0.5 0.5μm，濾膜孔隙大小遠< 0.5μm，能有效過濾微生物分子，大大減少消毒劑投加量甚至代替消毒作用，這也減少了消毒劑對人體產(chǎn)生的負面影響。

3)安裝費用比較低，容易改裝?，F(xiàn)有的水凈化設(shè)備體積巨大、占地面廣，超濾膜設(shè)備相對小巧，只要組裝好原系統(tǒng)的某些部分，就可以使用。

4)控制功能好。大多數(shù)情況下，超濾膜技術(shù)采用PLC自動控制方式，可視化操作界面可調(diào)，可降低操作難度，經(jīng)過簡單培訓即可快速上手，而且跟進和維護成本都相對較低[6-8]。

5)和有機膜相比，陶瓷膜具有化學穩(wěn)定性好、機械強度高、抗微生物腐蝕能力強、易清洗再生、孔徑分布窄、分離效率高、占地面積小、節(jié)能等優(yōu)點。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，水源水質(zhì)及供水規(guī)模相同情況下，加藥+絮凝+沉淀+過濾一體化凈水設(shè)備噸水投資約 850-1100元，中空纖維膜超濾凈水設(shè)備噸水投資約750-1000元，旋轉(zhuǎn)錯流式陶瓷膜設(shè)備噸水投資約 900-1150元，旋轉(zhuǎn)錯流式陶瓷膜設(shè)備一次性噸水投資稍高于前兩者，但是，旋轉(zhuǎn)錯流式陶瓷膜設(shè)備無濾芯、濾料等耗材，并且陶瓷膜的使用壽命高達15a以上，設(shè)備經(jīng)久耐用，因此，投資效益高于一體化凈水設(shè)備和中空纖維超濾膜凈水設(shè)備。同時加藥+絮凝+沉淀+過濾一體化凈水設(shè)備噸水運行成本約0.40-0.60元，中空纖維膜超濾凈水設(shè)備噸水運行成本約0.30-0.45元，旋轉(zhuǎn)錯流式陶瓷膜設(shè)備噸水運行成本約0.08-0.12元，旋轉(zhuǎn)錯流式陶瓷膜設(shè)備噸水運行成本遠低于前兩者且膜組件質(zhì)保15a。綜上所述，本次設(shè)計推薦采用旋轉(zhuǎn)錯流式陶瓷膜處理工藝[9-10]。

圖1 工藝流程圖

表2 旋轉(zhuǎn)錯流失陶瓷膜設(shè)備技術(shù)參數(shù)

結(jié)合金溪鎮(zhèn)各村人口及用水量等情況，膜設(shè)備工作時間考慮每天20h，日供水規(guī)模分別100m3/d)、(200m3/d)、(300m3/d)較為普遍，故選定膜設(shè)備產(chǎn)水量為(5m3/T)、(10m3/T、(15m3/T)作為常用型號。

2.2 消毒劑投加

次氯酸鈉發(fā)生器是現(xiàn)場電解低濃度氯化鈾溶液和生產(chǎn)次氯酸基消毒劑的設(shè)備。適用于醫(yī)院含菌污水的消毒殺菌，電鍍含氧廢水和有機廢水的氧化處理，游泳池、中小型的供水設(shè)施、二次供水、循環(huán)水的消毒殺菌。經(jīng)常見到的次氯酸鈉發(fā)生器有Clor Tee系列和AUK-ClO系列。 考慮水廠需要現(xiàn)場制備次氯酸鈉，本次推薦選擇 AUK-ClO系列現(xiàn)場次氯酸鈾發(fā)生器。

圖2 AUK-ClO系列設(shè)備工作原理及組成示意圖

AUK-ClO系列全自動電解次氯酸鈉發(fā)生器是低濃度鹽水通過帶電電極發(fā)生電化學反應(yīng)生成次氯酸鈉溶液的成套裝置。工作時先將食鹽加入到溶鹽桶生成飽和鹽水，通過過濾進入稀鹽桶生成約2.8%的稀鹽水溶液，用計量泵按設(shè)定流量使稀鹽水溶液持續(xù)流入并通過專用電極夾層式電解槽，電解產(chǎn)生的次氯酸鈉溶液(濃度4,000-7,000ppm)存儲到儲存罐，再通過計量泵將存儲桶里的次氯酸鈉消毒溶液投加到指定的目標水體。根據(jù)各村每小時供水量推薦選用AUK-ClO中型AUK-ClO-10次氯酸鈉發(fā)生器各一套[11-12]。

2.3 凈水工藝流程

通過上述各個供水工藝的論證，確定本次設(shè)計凈水工藝流程為原水經(jīng)過閥門進入混凝反應(yīng)室，添加凈聚合氯化鋁(PAC)進行混凝反應(yīng)后進入一體式凈化設(shè)備，后添加次氯酸鈉消毒劑后進入清水池，最后通過供水管網(wǎng)送至各用水戶，供水站的流程如圖3所示。

圖3 凈水工藝流程

3 結(jié) 語

為有效解決農(nóng)村飲水工程的安全健康問題，以減少疾病和完善農(nóng)村人居環(huán)境，提高生活質(zhì)量與增加農(nóng)民的經(jīng)濟收入，對農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展有重要作用，是建設(shè)新農(nóng)村的重要組成部分。然而解決農(nóng)村飲水工程的安全健康問題的主要任務(wù)之一是選擇合適的凈水工藝。文章通過分析金溪鎮(zhèn)農(nóng)村飲水水質(zhì)狀況及凈水工藝的比選，金溪鎮(zhèn)農(nóng)村供水站推薦采用旋轉(zhuǎn)錯流式陶瓷膜處理工藝。