金溪鎮農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，客觀上決定了農村飲用水工程數量多、分布散、規模小，而金溪鎮農村飲用水情況是永嘉的一個縮影，故文章選取金溪鎮的農村飲用水作為代表對凈水工藝進行比選研究。

經金溪鎮農村實地現場踏勘，可引用的水源分為兩大類：一是村內各山體間形成的山坑小溪，二是流經各村的大型溪流。考慮農村供水的運行成本，農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，水源不足的供水站會在大型溪流內設置大口井作為備用水源，確保農村用水供水保障率。

1.2 水質分析

取水口上游林木茂盛，植被良好，水土保持較佳。金溪鎮水源水質清澈，正常情況下源水濁度底，但主汛期間，受暴雨影響，濁度會出現間歇性的增長。考慮水源地上游植被良好，基本上無農業灌溉用水，水質經綜合設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 常規水處理技術

常規水處理技術，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；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，常規水處理技術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，主要是去除濁度、色度和細菌和病毒的處理技術。常規的水處理技術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的助濾劑以提升去除率，降低出水濁度，但運行周期需要相應縮短。如果出水水質不能滿足水質穩定要求，則應加入水質穩定劑，使出水水質達到穩定要求。

2.1.2 膜處理

膜處理技術是從20世紀70年代以來發展起來的一種新型水處理技術，在20世紀90年代的發展十分迅速。膜處理技術是一種以壓力為驅動力，利用不同孔徑的膜對水和顆粒物進行篩分和分離的技術。根據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]。膜處理技術具有出水濁度低、水質穩定、適應性強，藥劑投加量少，去除污染物范圍廣，可選擇不同的膜達到預定的分離效果，運行可靠，設備緊湊、易于實現自動控制等優點[2]。缺點是：設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的不斷發展，膜處理技術在水處理應用領域的競爭越來越激烈。當前，在膜分離技術中，市政供水中超濾技術被廣泛應用。

2.1.3 預處理——預氯化處理

預氯化是目前國內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，去除水中的鐵錳，去除水中硫化氫、色度等，保證常規處理的穩定運行，提高處理效果。但是氯與水中致突變前驅物質相作用，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氯化處理應持謹慎的態度，尤其是水源污染程度較重的，因產生“三致”物質，在常規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]。與常規工藝加藥+絮凝+沉淀+過濾工藝比較，超濾膜技術具有以下優點：

表1 工藝與技術性能對比表

1)協助去濁，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節，從而全面提高水的質量。

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生的負面影響。

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

4)控制功能好。大多數情況下，超濾膜技術采用PLC自動控制方式，可視化操作界面可調，可降低操作難度，經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、節能等優點。

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

圖1 工藝流程圖

表2 旋轉錯流失陶瓷膜設備技術參數

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

2.2 消毒劑投加

次氯酸鈉發生器是現場電解低濃度氯化鈾溶液和生產次氯酸基消毒劑的設備。適用于醫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、中小型的供水設施、二次供水、循環水的消毒殺菌。經常見到的次氯酸鈉發生器有Clor Tee系列和AUK-ClO系列。 考慮水廠需要現場制備次氯酸鈉，本次推薦選擇 AUK-ClO系列現場次氯酸鈾發生器。

圖2 AUK-ClO系列設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生器是低濃度鹽水通過帶電電極發生電化學反應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，用計量泵按設定流量使稀鹽水溶液持續流入并通過專用電極夾層式電解槽，電解產生的次氯酸鈉溶液(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。根據各村每小時供水量推薦選用AUK-ClO中型AUK-ClO-10次氯酸鈉發生器各一套[11-12]。

2.3 凈水工藝流程

通過上述各個供水工藝的論證，確定本次設計凈水工藝流程為原水經過閥門進入混凝反應室，添加凈聚合氯化鋁(PAC)進行混凝反應后進入一體式凈化設備，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 語

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