金溪镇农村饮水安全工程净水工艺比选研究

刘齐东

(永嘉县水利局，浙江 永嘉 325100)

1 水源选择

1.1 水源概况

永嘉县是浙江第四大县、温州第一大县，素有“八山一水一分田”之称，客观上决定了农村饮用水工程数量多、分布散、规模小，而金溪镇农村饮用水情况是永嘉的一个缩影，故文章选取金溪镇的农村饮用水作为代表对净水工艺进行比选研究。

经金溪镇农村实地现场踏勘，可引用的水源分为两大类：一是村内各山体间形成的山坑小溪，二是流经各村的大型溪流。考虑农村供水的运行成本，农村供水站基本上采用重力流引水，绝大部分水源从山坑小溪取用做为主水源，用于生活、生产，水源不足的供水站会在大型溪流内设置大口井作为备用水源，确保农村用水供水保障率。

1.2 水质分析

取水口上游林木茂盛，植被良好，水土保持较佳。金溪镇水源水质清澈，正常情况下源水浊度底，但主汛期间，受暴雨影响，浊度会出现间歇性的增长。考虑水源地上游植被良好，基本上无农业灌溉用水，水质经综合设备处理后可以满足用水需求。

2 净水工艺比选

2.1 主要工艺及其特点

2.1.1 常规水处理技术

常规水处理技术，一是指待处理的原水在水温、浊度、含砂量以、污染物含量等方面均在一般的范围内；另一层含义是指所采用的处理工艺仅限于混凝、沉淀(气浮)、过滤和消毒。因此，常规水处理技术是指对一般浊度的原水进行混凝、沉降(或气浮)、过滤和消毒的水净化技术，主要是去除浊度、色度和细菌和病毒的处理技术。常规的水处理技术虽然存在一定的局限性，但仍是给水处理中最基本常见的处理方法。滤池过滤性能的提升可通过原水的实际情况分析加进适当的助滤剂以提升去除率，降低出水浊度，但运行周期需要相应缩短。如果出水水质不能满足水质稳定要求，则应加入水质稳定剂，使出水水质达到稳定要求。

2.1.2 膜处理

膜处理技术是从20世纪70年代以来发展起来的一种新型水处理技术，在20世纪90年代的发展十分迅速。膜处理技术是一种以压力为驱动力，利用不同孔径的膜对水和颗粒物进行筛分和分离的技术。根据膜孔径从大到小的排列方式，膜滤可以分为微滤、超滤、纳滤和反渗透4种。膜材料主要有乙酸纤维膜、芳香族聚酰胺膜、聚砜膜、聚丙烯膜、无机陶瓷膜等。膜组件的主要形式有板式、卷式、中空纤维、管式等[1]。膜处理技术具有出水浊度低、水质稳定、适应性强，药剂投加量少，去除污染物范围广，可选择不同的膜达到预定的分离效果，运行可靠，设备紧凑、易于实现自动控制等优点[2]。缺点是：设备成本和运行成本高，膜易堵塞和污染，使用寿命短。近年来，随着膜材料价格的不断降低和膜技术的不断发展，膜处理技术在水处理应用领域的竞争越来越激烈。当前，在膜分离技术中，市政供水中超滤技术被广泛应用。

2.1.3 预处理——预氯化处理

预氯化是目前国内大部分供水站对受污染水源水处理采用的主要工艺措施，其目的是利用氯的氧化能力和杀菌作用，抑制藻类的繁殖，控制嗅味，维护和清洗过滤介质，去除水中的铁锰，去除水中硫化氢、色度等，保证常规处理的稳定运行，提高处理效果。但是氯与水中致突变前驱物质相作用，使水的致突变活性强度增加，对人的身体健康影响大。因此，对受污染水源水采用预氯化处理应持谨慎的态度，尤其是水源污染程度较重的，因产生“三致”物质，在常规处理以及深度处理中均难以除去，只有通过活性炭吸附去除，但吸附的容量饱和后，必须对活性炭进行再生，再生的费用较高[3-5]。与常规工艺加药+絮凝+沉淀+过滤工艺比较，超滤膜技术具有以下优点：

表1 工艺与技术性能对比表

1)协助去浊，混凝剂的用量相对较小。超滤过程去除原水中浊度和悬浮物是非常有效的，经超滤工艺的辅助，可以非常明显地降低混凝剂的投加量，减少水的净化过程中的污染环节，从而全面提高水的质量。

2)超滤膜水具有很高的微生物安全性。因为微生物的大小一般而言会超过 0.5 0.5μm，滤膜孔隙大小远< 0.5μm，能有效过滤微生物分子，大大减少消毒剂投加量甚至代替消毒作用，这也减少了消毒剂对人体产生的负面影响。

3)安装费用比较低，容易改装。现有的水净化设备体积巨大、占地面广，超滤膜设备相对小巧，只要组装好原系统的某些部分，就可以使用。

4)控制功能好。大多数情况下，超滤膜技术采用PLC自动控制方式，可视化操作界面可调，可降低操作难度，经过简单培训即可快速上手，而且跟进和维护成本都相对较低[6-8]。

5)和有机膜相比，陶瓷膜具有化学稳定性好、机械强度高、抗微生物腐蚀能力强、易清洗再生、孔径分布窄、分离效率高、占地面积小、节能等优点。

根据数据分析，水源水质及供水规模相同情况下，加药+絮凝+沉淀+过滤一体化净水设备吨水投资约 850-1100元，中空纤维膜超滤净水设备吨水投资约750-1000元，旋转错流式陶瓷膜设备吨水投资约 900-1150元，旋转错流式陶瓷膜设备一次性吨水投资稍高于前两者，但是，旋转错流式陶瓷膜设备无滤芯、滤料等耗材，并且陶瓷膜的使用寿命高达15a以上，设备经久耐用，因此，投资效益高于一体化净水设备和中空纤维超滤膜净水设备。同时加药+絮凝+沉淀+过滤一体化净水设备吨水运行成本约0.40-0.60元，中空纤维膜超滤净水设备吨水运行成本约0.30-0.45元，旋转错流式陶瓷膜设备吨水运行成本约0.08-0.12元，旋转错流式陶瓷膜设备吨水运行成本远低于前两者且膜组件质保15a。综上所述，本次设计推荐采用旋转错流式陶瓷膜处理工艺[9-10]。

图1 工艺流程图

表2 旋转错流失陶瓷膜设备技术参数

结合金溪镇各村人口及用水量等情况，膜设备工作时间考虑每天20h，日供水规模分别100m3/d)、(200m3/d)、(300m3/d)较为普遍，故选定膜设备产水量为(5m3/T)、(10m3/T、(15m3/T)作为常用型号。

2.2 消毒剂投加

次氯酸钠发生器是现场电解低浓度氯化铀溶液和生产次氯酸基消毒剂的设备。适用于医院含菌污水的消毒杀菌，电镀含氧废水和有机废水的氧化处理，游泳池、中小型的供水设施、二次供水、循环水的消毒杀菌。经常见到的次氯酸钠发生器有Clor Tee系列和AUK-ClO系列。 考虑水厂需要现场制备次氯酸钠，本次推荐选择 AUK-ClO系列现场次氯酸铀发生器。

图2 AUK-ClO系列设备工作原理及组成示意图

AUK-ClO系列全自动电解次氯酸钠发生器是低浓度盐水通过带电电极发生电化学反应生成次氯酸钠溶液的成套装置。工作时先将食盐加入到溶盐桶生成饱和盐水，通过过滤进入稀盐桶生成约2.8%的稀盐水溶液，用计量泵按设定流量使稀盐水溶液持续流入并通过专用电极夹层式电解槽，电解产生的次氯酸钠溶液(浓度4,000-7,000ppm)存储到储存罐，再通过计量泵将存储桶里的次氯酸钠消毒溶液投加到指定的目标水体。根据各村每小时供水量推荐选用AUK-ClO中型AUK-ClO-10次氯酸钠发生器各一套[11-12]。

2.3 净水工艺流程

通过上述各个供水工艺的论证，确定本次设计净水工艺流程为原水经过阀门进入混凝反应室，添加净聚合氯化铝(PAC)进行混凝反应后进入一体式净化设备，后添加次氯酸钠消毒剂后进入清水池，最后通过供水管网送至各用水户，供水站的流程如图3所示。

图3 净水工艺流程

3 结 语

为有效解决农村饮水工程的安全健康问题，以减少疾病和完善农村人居环境，提高生活质量与增加农民的经济收入，对农村经济的发展有重要作用，是建设新农村的重要组成部分。然而解决农村饮水工程的安全健康问题的主要任务之一是选择合适的净水工艺。文章通过分析金溪镇农村饮水水质状况及净水工艺的比选，金溪镇农村供水站推荐采用旋转错流式陶瓷膜处理工艺。