反滲透技術在農村供水中的應用

李永強，李永生，張 憲

（金鄉縣水務局，山東 金鄉 272200）

1 金鄉縣農村供水現狀及存在問題

金鄉縣地處中國東部的魯西南平原腹地，總面積886km2，總人口62萬。2004年底，金鄉縣農村飲水含氟超標人數有18.67萬人；苦咸水人數21.11萬人；飲水基本安全人數15.19萬人，普及率27.6%，其中自來水受益人數7.6萬人，普及率13.8%。

近年來，金鄉縣委、縣政府對解決農村飲水困難工作非常重視，加大了投資力度，僅2005—2007年根據山東省村村通自來水工程建設的要求，新建集中供水工程41處，564個行政村45.3萬人吃上了自來水，村莊自來水普及率達到92.4%，其中解決飲水不安全人口29.88萬人，基本達到飲水安全標準。

1.1 農村供水設施情況及供水能力

金鄉縣目前農村集中供水所用水源均為深層地下水。深層地下水水質60%左右水源基本符合國家農村飲水安全標準，40%水源還達不到國家農村飲水安全標準，甚至與國家生活飲用水衛生標準還有很大差距。有的直接提取地下水供水到戶，無凈化設施。人均日生活用水量為60～80L，供水工程管理方式都是以個人經營為主，一般管理人員1～2人，沒有水質檢驗能力。水價制定根據保本微利的原則制定，受村委會監督，在0.8～1.5元/m3之間。由于深層地下水補給困難，儲量有限，通過幾年的運行已出現水量減少，水質變差現象。

1.2 農村飲水安全面臨的主要問題

根據調查摸底和水質抽檢情況，金鄉縣農村飲水不安全因素主要是水質問題。據2009年對農村飲水水源調查結果，在金鄉縣中部、西部、西北部地區，80%的水質超過國家飲用水水質標準，主要是水中含鹽量較高，以硫酸鹽、氯化物為主，溶解性總固體、總硬度超標，個別地區含氟量超標。危害主要表現為水質較咸、苦、澀，喝過之后使人腸胃不適。

2 水處理技術的應用

針對金鄉縣供水水源硫酸鹽、含氟量、總硬度超標問題。聘請有關專家進行了專題論證，針對供水水質不是單一性指標超標，決定采用反滲透膜技術進行水質處理和自動化控制，使水質達到國家飲用水衛生標準。

2.1 凈水工藝流程

根據原水水質分析資料，其水質硫酸鹽和溶解性總固體超標，其他指標均能滿足國家生活飲用水衛生標準，為保證能夠提供優質飲用水。工藝方案考慮采用膜處理技術，以去除硫酸鹽和溶解性總固體，為減少處理成本，采用深度處理水與原水混合的方式。為防止在輸配送過程中被二次污染，根據國家生活飲用水衛生標準的要求，需采取加氯消毒措施。按照此要求，水廠主要建、構筑物有清水池、吸水井、二級泵房、加氯間、膜車間及連接管線。初步擬定該工程工藝流程如下：

水源來水一部分直接進入清水池，另一部分進入膜深度處理車間進行凈化，凈化出水再同原水混合，進入清水池，消毒后，由二級泵站打入市政管網。

2.2 消毒工藝的確定

消毒的目的主要是利用物理或化學的方法殺滅水中的病原微生物，以防止其對人類及畜禽的健康產生危害和對生態環境造成污染。

消毒方法大體上可分為物理法和化學法兩大類。物理法是應用熱、光波、電子流等來實現消毒作用的方法。在目前的消毒處理中，采用或研究的物理法有加熱、冷凍、輻射、紫外線以及高壓靜電、微電解消毒等方法。化學法是通過向水中投加化學消毒劑來實現消毒作用的方法。常用的化學消毒劑有氯及其化合物、各種鹵素、臭氧、重金屬離子等。目前國內常用的給水消毒包括液氯消毒和二氧化氯消毒法。

采用二氧化氯消毒其特點是危險性小，對環境影響較小，消毒副產物少，但運行成本相對較高。

液氯消毒，其特點是液氯成本低、工藝成熟、效果穩定可靠，但其消毒副產物越來越引起人們的關注。因此本工程建議采用二氧化氯消毒。

2.3 深度處理工藝的確定

根據水源地水質檢測報告顯示，硫酸鹽、溶解性總固體超標，去除溶解性總固體、硫酸鹽的主要方法是膜技術：反滲透、納濾，兩者的特點比較如下：

2.3.1 納濾主要特點

1）納濾是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術，其截留分子量在80～1000的范圍內，孔徑為幾納米，因此稱納濾。

2）納濾膜的主要特點是對二價離子、功能性糖類、小分子色素、多肽等物質的截留性能高于98%，而對一些單價離子、小分子酸堿、醇等有30%～50%的透過性能，常被應用于溶質的分級、溶液中低分子物質的洗脫和離子組分的調整、溶液體系的濃縮等物質的分離、精制、濃縮工藝過程中。

3）部分溶解性總固體能穿透膜材料。適用條件：基于納濾分離技術的優越特性，其在制藥、生物化工、食品工業等諸多領域顯示出廣闊的應用前景。制水成本為 1.1～1.3元/t。

2.3.2 反滲透主要特點

1）反滲透是利用反滲透膜只能透過溶劑(通常是水)而截留離子物質或小分子物質的選擇透過性，以膜兩側靜壓為推動力，而實現的對液體混合物分離的膜過程。

2）反滲透是膜分離技術的一個重要組成部分，因具有產水水質高、運行成本低、無污染、操作方便、運行可靠等諸多優點，而成為海水和苦咸水淡化，以及純水制備的最節能、最簡便的技術。

3）對水中所有離子進行截留。

4）所需動力較納濾高。反滲透技術已成為現代工業中首選的水處理技術。目前已廣泛應用于醫藥、電子、化工、食品、海水淡化等諸多行業。制水成本為1.5～1.8 元/t。

通過比較分析，本工程采用 “預處理+單級反滲透”水處理工藝，該方案設計合理、運行穩定、產水的品質滿足要求，并已在多項類似工程中得到應用。

反滲透設備具有安裝、使用、操作、維護方便，運行穩定、節能、環保、自動化程度高，經濟實用等特點。因此建議采用“預處理+單級反滲透”深度處理工藝。

3 工程實例

金鄉縣目前已建成反滲透膜技術水處理工程6處，以馬廟鎮益康供水站為例，經對金鄉縣馬廟益康井水水樣分析檢測，該井水超標項目及其超標倍數如表1所示。

因該水源屬極高硬度、高硫酸鹽型苦咸水，溶解性總固體、總硬度、硫酸鹽、嚴重氯化物超標，要使其處理后的水質達到國家飲用水標準GB5749—2006，必須對其進行軟化、脫鹽等工藝深度處理。對此采用了反滲透技術。在進入反滲透處理之前，需對原水先進行部分軟化、除鐵錳、除濁等預處理，使其符合反滲透膜系統的進水要求。

3.1 預軟化（部分軟化）和吸附過濾

為防止難溶鹽如碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣等硬度構成鹽分在反滲透系統內因濃縮而結晶析出，形成垢物，以及懸浮物、膠體等對膜的污染，保證反滲透系統長期穩定運行，需對原水進行預軟化（部分軟化）和吸附過濾。

為保證反滲透系統長期穩定運行，采用多介質吸附過濾器，濾料選用公司專有的天然礦物質多功能凈水濾料和石英砂、無煙煤，可達到預軟化、去除懸浮物和膠體的多重效果。

3.2 pH調節和投加阻垢劑

為了進一步確保反滲透系統長期穩定運行，對極高硬度、高硫酸鹽型苦咸水，需調節pH和投加阻垢劑以防止難溶鹽在膜系統內沉淀結垢。

3.3 反滲透系統

1）精密過濾器。為了防止細小懸浮物和膠體進入反滲透系統，反滲透設備前安裝精密過濾器，防止各種微粒進入高壓泵和膜元件。

2）高壓泵。為RO系統提供必要的壓力，系統采用不銹鋼立式多級離心泵。

3）反滲透膜元件。反滲透膜元件采用性能優越的復合膜組件，具有面積大、水通量大、操作壓低、單根脫鹽率高（99.5%）、穩定性好的優點。

4）反滲透儀器、儀表。為了控制、監測反滲透系統正常運行，本裝置配有一系列在線測試儀器、儀表，包括產水電導率儀、產水和濃水流量計、系統各段壓力表、反滲透系統進水和產品水pH計、高低壓保護開關和取樣裝置。

反滲透裝置設置一塊儀表盤和控制箱，在儀表盤上可讀出反滲透系統的有關工藝參數，在控制箱上啟停反滲透系統進水高壓泵及相關的單元；濃水排放流量由安裝在反滲透濃水端的調節閥控制。能實現運行、備用、沖洗等自動和手動操作功能。

5）化學清洗裝置。本系統為反滲透設備附件，備用。以清洗膜組件內各種原因形成的污染物。

該工程產水規模為600t/d，產水水質符合國家生活飲用水衛生標準 (GB5749—2006)。反滲透脫鹽率≥96%；回收率≥75%。

4 結 語

金鄉縣通過實施反滲膜透技術水處理工程6處，解決了12萬多人的飲水不安全問題。水質達到國家生活飲用水衛生標準(GB5749—2006)。供水成本在1.5～1.8元之間，供水水價在2.5～3.0元之間，老百姓是可以接受的。可見，水處理技術在水質差且沒有其他水源的地區，是解決飲用水不安全問題的重要手段。