基于节水政策的农村生活供水技术研究

侯东平

（山东省郓城县水务局，山东 菏泽 274700）

1 引言

现阶段我国农村地区步入了新的发展阶段，农村居民生活用水需求不断增加，同时对于供水与输水作业提出了多样化需求。伴随着新农村的改革趋势，我国对于农村用水调度明确了新要求，即遵循节水原则，优化水资源的分配方式，避免不必要的资源浪费。对于早期存在的供水作业浪费问题，接下来应将“科技创新”为准则，不断调整供水技术，强调节水政策在农村供水方面的积极引导作用。节水政策指的是以缓和水资源短缺与污染为目的制定的节水措施，是解决我国农村地区水环境污染的重要政策，也是农村供水规划的重点。

2 农村供水工程供水方案

我国对于农村地区实施了较多的节水改造政策，从中彰显了生态思维在农村供水调度环节的实际价值。随着政策的不断实施，农村居民生活用水方案有所转变，彻底摆脱了过去供输水作业的不足，以节能为关键突出了我国水资源战略的先进性。如今的多数农村已经不再贫困，生活用水是保障农村发展的关键，同居民生活质量有着紧密的关联，节水政策下，要求农村生活供水必须依靠先进的技术，比如，水处理技术与净水工艺，根据水质要求科学拟定农村供水技术方案，明确水质中的微生物指标与化学指标等，在技术的引导下采用可行的节水供水策略[1]。

3 基于节水政策的农村生活供水技术分析

3.1 智能供水技术

为了防止农村地区出现供水困难的问题，有必要根据供水政策做出管理策略的调整，在智能技术平台的应用下确立自动化供水模式，使新技术为农村生活供水带来更加优质化的技术条件。在供水过程中，农村供水操作流程比较复杂，此外，还需要建立多元化的供水调整方案，所以，有必要确立智能数据库，基于相应的数据平台设定农村生活供水加工和制造模型，以便为供水工作提供技术指导。比如，将自动化技术用于其中，创建自动变频恒压供水系统，完成对供水工作的恒压供水控制，以往的供水主要是用到PI调节器，通过对电磁阀的控制最终达到目标，但是成本较高，且耗能较多。所以，采用变频技术，将以往的供水方式转为变频恒压供水模式，可有效解决上述问题，使供水操作更加便捷，图1为设备工作示意图[2]。

图1 自动变频恒压供水设备示意图

系统在压力传感器的帮助下即可进行工作，凭借变频器的PID调节控制输出，通过对电机转速与泵的压力控制达到恒压控制效果。恒压供水系统操作简单，只需配备压力传感器或变送器即可形成针对压力的闭环控制，供水管网内安装压力传感器，从而达到对管网压力情况的连续采集，接着再将压力转为电流信号，信号传递给变频器，PID对收到的信号进行逻辑运算，运算结果最终以频率调节信号的形式控制水泵转速，确保供水管网能够始终保持着压力恒定的状态。

3.2 模块化净水技术

3.2.1 工艺流程

对于农村饮用水与生活用水的水质问题，采取模块化净水技术进行水质在线监测，完成预警管理，及时发现氯化物或者硫酸盐等污染物在水体中的超标情况，实现引水到户，保证农村地区的供水量，确保居民饮水安全。本项目位于山东农村地区，以保障产水流量与水质为目标，对两套工艺流程进行产水配比，确保每日的产水量可以达到1 500 m3以上，且水质达到国家标准[3]。

整个项目主要有以下两种工艺组合。第一种：初级净化工艺，其中包含水箱、增压泵、净水预处理与消毒模块、净水池几部分，水箱内的水经过增压泵进入预处理模块，使水体内的悬浮物与颗粒物被去除，经过消毒后进入净水池，该工艺的产水流量可以达到50 m3/h。第二种：深度除盐净化工艺。与第一个工艺差不多，在原有工艺基础上增加了精密过滤与除盐模块，水箱内的水在水泵的作用下提高到除盐与过滤模块，随后水进入水箱，再由高压泵将水箱内的水输送到过滤装置，去除超过5μm的颗粒物，再经过除盐后来到净水池，该工艺的产水流量可以达到30 m/h3。

将初级与深度除盐净化水量合理配比并混匀，使用恒压供水系统将水输送给用户，整个制水过程都需要用到在线监测系统，对水质的浊度、pH以及压力等数据实时监测分析，以便及时发现水质异常情况，确保农村居民用水安全。

3.2.2 混凝加药模块

使用两套加药模块，模块包含管道混合器、计量泵、溶药桶等构件组成，此外还有自动控制系统。管道混合器的处理量为50 m3/h，使用UPVC材质，溶药桶使用了PE材质，有效容积约为200 L，投加计量泵容量为3.8 L/h，压力为0.76 MPa。水进入模块前需要加入混凝剂，在确保水达到水质要求的同时，要求混凝剂消耗量至少降低15%。

3.2.3 净水预处理与除盐预处理模块

关于净水预处理模块，整体包含过滤装置和仪表装置等部分，一套碳钢材质的过滤器产水量可以达到50 m3/h，设备尺寸为2 500 mm×4 800 mm，装填粒度保持在0.5~5.0 mm时，石英砂介质可以起到良好的工作效果。设备正常工作时，流速为10 m/h，滤层高度达到了1 600 mm以上，反洗时间与周期分别为8 min与16 h，净水预处理模块的设计与应用可以将水中悬浮物与颗粒物有效去除。

除盐预处理模块包含过滤器与增压泵等部分，过滤器的尺寸与净水预处理模块相同，产水量为45 m3/h，装填20目以下的活性炭介质即可，过滤流速可以达到10 m/h，过滤层高度超过1 600 mm，反洗时间与周期与净化模块相同，该模块不仅可以去除水内悬浮物与颗粒物，还能有效去除有机物与其他污染物。

3.2.4 精密过滤模块与除盐模块

该模块包含过滤与超滤装置。化学清洗装置等构件，模块的尺寸为4 000 mm×2 000 mm×2 500 mm，共有10个膜单元，采用PVDF材质制作膜单元，膜面积与孔径分别为50 m2与0.03μm，设备运行通量最大可以达到120 L/（m2·h）。反洗通量与气洗通量分别为100 L/（m2·h）和10 Nm3/h。模块主要有全流与错流两种运行方式，外壳使用了SS204L材质，能够永久的使用，且后续可直接替换膜芯。进水时由于水质负荷偏大，膜的寿命至少为5 a，其中的超滤装置能够将水内高分子物质、细菌与病毒等去除。

除盐模块中不仅有过滤器与反渗透装置，还有专门的投入阻垢剂的装置，该模块的产水量可以达到30 m3/h，回收率与脱盐率分别为75%和99%，膜元件使用了反渗透膜，膜芯使用了芳香族聚酰胺材料，外壳为玻璃钢，整个除盐模块能够去除水体内的硫酸盐与氯化物等物质。

3.2.5 水质在线监测与预警系统模块

净水管与出水管处配置在线监测与预警模块，整个模块包含数据采集层、数据统计层以及数据展示层3部分。第一部分需要对现场智能仪表数据进行采集；第二部分会将采集到的仪表数据进行工程量的转换处理，完成数据分析与存储；第三部分会在可视化界面中展示数据，完成数据监视与报警等工作。表1为相应的指标情况。

表1 水质监测与预警模块采集指标统计

3.2.6 运行结果分析

该项目的最终出水水质可以达到甚至优于农村生活饮用水的卫生标准，见表2。经过长期运行，整个系统的制水成本被控制在1.36元/m3，初级净化与深度除盐的水经过配比后即可向居民供给。

表2 实际出水水质情况

3.3 超滤/纳滤双膜技术提升农村供水水质

当前农村地区的自来水普及率不断提高，但普及的安全卫生饮用水还没有达到预期标准，水体整体存在着富营养化的发展特征。为保障居民饮水安全，保证供水质量，以上文提到的模块化净水技术为基础，提炼其中的膜净化技术，解决水体中的微生物与化学安全问题，这是农村饮用水净化过程中的重要技术。图2为工艺的大致流程，整个设备包含超滤与纳滤两部分，前者主要使用了PVDF超滤膜，水处理量最高可以达到300 L/h，超滤产水会进入到超滤水箱内。后者需要安装纳滤膜，采用聚酰胺复合膜，此时的进水压力可以达到0.28 MPa，设备总处理量为160 L/h，回收率最高可达到75%。纳滤型号为NF270-400，膜面积37m2，压力0.28 MPa，截留率可以达到60%左右。

图2 工艺流程

该地区的供水站取自河水，河的两岸出现了面源污染问题，即鱼塘水和居民生活用水为主要来源，水体有富营养化问题。根据加入混凝剂絮凝的消毒沉淀工艺，按照设计进水水质要求，将总溶解固体、氨氮、总磷的进水质量浓度分别控制在453.2 mg/L、0.43 mg/L、0.319 mg/L。以超滤作为纳滤预处理工艺，降低水体浑浊度，去除治病微生物，超滤系统可以使用MBR产水进行4 h/次的反洗，流量可以达到产水流量的1.5倍以上，反洗时间持续30 s，在50 d以内时跨膜压差将会伴随着时间的推移而提高，局部通量在超过临界值的时候出现跨膜压差快速上升的情况。对于水体中氮磷等物质的去除，纳滤进水当中的硝酸盐氮占比较高，此外，还有藻类生物与浮游生物，该工艺可将这些物质有效去除。

4 结语

根据我国农村的实际供水质量情况，了解供水中遇到的污染问题，项目采用水处理净化工艺，联合自动化技术，建立在线监测管理系统，实现农村地区居民生活用水的设备模块化与管理智慧化，确保供水量和供水水质都能达到相应标准，解决居民饮水困难问题。通过对供水数据的监测分析以及在线监测水质情况，水净化处理工艺的应用不仅可以降低制水成本，且初级净化与深度除盐后混合配比的水质十分稳定，对城乡经济发展有重要意义。