反滲透膜分離處理技術在華亭縣城鎮飲用水水質改善工程中的應用

陳　娟，徐建萍，趙瑞英，蘇軍軍（甘肅省平涼市華亭縣水務局，甘肅　華亭　744100）

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反滲透膜分離處理技術在華亭縣城鎮飲用水水質改善工程中的應用

陳娟，徐建萍，趙瑞英，蘇軍軍
（甘肅省平涼市華亭縣水務局，甘肅華亭744100）

摘要：通過對華亭礦區生活飲用水水源地的水資源量、水質、水壓狀況分析，進行現狀需水量探討和遠期需水量預測，采用反滲透膜分離處理技術對水質進行處理，結果表明該工藝流程在降低水中總硬度、鐵、錳、鈣、鎂等指標的同時能有效改善水質,提升了生活飲用水的質量，滿足廣大群眾的生活需求，更好地適應了華亭縣社會、經濟事業的快速發展的需要。

關鍵詞：反滲透膜分離技術；飲用水；水質改善

1　水資源概況及水質改善的必要性

華亭縣屬甘肅平涼地區，位于甘肅省東南部，關山（小隴山）東麓，東靠崇信縣，南接陜西省隴縣，西與莊浪縣、天水市相接，西北與寧夏回族自治區接壤。華亭縣縣城是以煤炭工業和能源化工產業開發為主，加快發展高新技術和旅游、商貿產業的現代化小城市。

華亭縣城區至2010年底實際居住人口為7.1萬人，城區建成區面積308.04hm2,人均99.3m2。城區規劃近期（2020）年9.3萬人，用地規模460hm2，遠期（2030）年11.5萬人，用地規模為766hm2。

華亭縣城區自來水供水主要由西華水廠承擔，該廠建于1998年，設計供水能力20000m3/d，供水水源由西華水源和馬峽養馬寺水源組成，其中西華水源在豐水期產水量為9000m3/d，而在枯水期產水量僅為6000m3/d。馬峽養馬寺水源在豐水期產水量為7000m3/d，在枯水期產水量僅為4500m3/d。目前城區日用水量為9500～10500m3/d，目前水源的供水量基本可以滿足用水需求。西華水廠現有500m3清水池2座。

目前水廠水處理采用常規的加氯消毒工藝，供水水質經國家水質監測網蘭州監測站化驗檢測，符合國家GB5479-2006《生活飲用水衛生標準》，近年來，隨著經濟社會的快速發展和人民生活水平的不斷提高，人們對自來水質的要求也越來越高，為了保障人民群眾的身體健康和提高人民群眾的生活質量，縣委縣政府高度重視，要求對西華水廠的水質進行進一步深度處理。

2　城區需水量預測和供水規劃

2.1規劃依據

（1）《華亭縣縣城總體規劃》（2）《華亭縣西華區控制性詳細規劃》（3）《華亭縣“十五”及2015年國民經濟和社會發展基本思路》。

2.2規劃規模

（1）人口規模：至2030年為13.3萬人（2）供水用量：28000m3/d。

2.3需水量預測

根據《華亭縣縣城總體規劃》（1999-2010年），2020年規劃區規劃人口為11.5萬人，而目前城區人口為7.1萬人。

2.3.1現狀需水量

根據華亭縣自來水公司提供的實際運行統計資料，目前城區日用水量為9500～10500m3/d。

2.3.2遠期需水量預測

根據《華亭縣縣城總體規劃》（1999-2010年），2010年規劃區規劃人口為11.5萬人，即遠期需水量按此人口數進行預測。

（1）綜合生活用水量（Q1）。根據《室外給水設計規范》（GB50016-2006）,甘肅省華亭縣二區，最高日綜合生活用水定額為150-240L/人.日，考慮西部地區用水實際及當地的用水習慣，即遠期用水定額取150L/人.日，計算人口為11.5萬人，則綜合生活用水量為：Q1=115000×0.15=17250m3/d。

（2）工業企業用水量（Q2）根據全省工業用水量統計，一般工業用水量約占生活用水量的20%～40%，由于缺少工業用水量的統計，考慮到華亭縣工業用水的實際情況，工業用水量遠期按生活用水量25%考慮。則工業企業用水量為：Q2=17250×0.25= 4312.5m3/d。

（3）澆灑道路和綠地用水（Q3）。按生活用水量的10%計算，則：Q3=17250×0.1=1725m3/d。

（4）管網漏損水量（Q4）。根據《室外給水設計規范》，管網漏水量按上述3項水量（23287.5m3/d）的10%～12%計算，取10%，則：Q4=2329m3/d

（5）未預見水量（Q5）。根據《室外給水設計規范》按上述4項水量的8%～12%計算，取8%，則Q5=0.08（Q1+Q2+Q3+Q4）=27665.5m3/d。

（6）總用水量（Q）Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=27665.5m3/d

（7）消防用水。根據《建筑設計防火規范》GB50016-2006,縣城遠期人口達到11.5萬人，同一時間內火災次數按2次考慮，一次滅火用水量應為2×45L/S,2h的用水量為648m3。

3　水質及水壓

3.1水質情況

進入凈水廠的原水來自西華水源和馬峽水源，依據水質監測報告，其兩水源水質均達到“生活飲用水衛生標準”（GB5479-2006）的要求，是良好的飲用水源。

3.2供水水壓

華亭縣城區配水管網按滿足六層樓的水壓要求進行設計，即配水管網最不利點的水壓不小于28m，華亭縣城區原則上少建高層建筑，個別高層建筑及對水壓要求較高的工業企業，則自行加壓解決。配水管網中的消防給水管與生產、生活給水管道合建，并采用低壓消防系統，既在發生火災時最不利點的消火栓水壓不小于10m水柱。消防用水量貯存在凈水廠清水池。

4　反滲透膜分離處理技術凈水工藝方案的確定和設計

4.1凈水工藝確定原則

本工程取水水源為地下水，其特點是水質較好，只是考慮對水質進行進一步的深度處理。因此凈水工藝選擇應遵循以下原則：（1）能進一步去除水中鈣鎂離子、更小的無機離子與有機物等（2）能保證出水水質改善提高（3）工藝先進，經濟合理，操作方便，運行可靠，適當提高自動化程度，盡量采用新技術、新材料及新設備，盡量節約能源，降低運行費。

4.2凈水工藝方案

深度處理通常是指在常規處理后，采用適當的處理方法，將常規處理工藝不能有效去除的污染或消毒副產物的前體物加以去除，提高和改善飲用水水質。目前應用較為廣泛的深度處理技術主要有：活性炭吸附、臭氧氧化、生物活性炭及膜處理技術等。

臭氧氧化、生物活性碳處理工藝主要以去除有機污染物、異臭、色度等為主，對氫類等石油產品具有明顯的吸附作用，對植物性臭、魚腥臭、霉臭、土臭、芳香臭（苯酚臭和氨臭）等幾乎各種發臭的原水都有很好的處理效果。

膜分離技術是利用具有選擇分離性的有極高分子材料或無機材料，制成不同形態結構的膜，在一定驅動力（壓力差、濃度差和電位差等）作用下，使雙元或多元組分的特定組分因透過膜的速率不同而達到分離或特定組分分富集的目的。膜分離技術的特點如下：（1）無試劑加入，無額外材料消耗，無需再生，無二次污染，可連續操作。（2）能充分利用工業壓力源作為膜分離的推動力，物料僅通過簡單地流經膜表面即可達到分離或濃縮的目的。（3）工藝兼容性強，易于相關工藝配套，能因地制宜地滿足多樣化的工藝組合要求。（4）模塊組合方式，即可滿足集中應用，又可進行單元操作，不受場地和自然環境的限制。（5）常溫操作，投資少，能耗低，回收率高、無公害。（6）設備結構緊湊，占據空間小，工藝簡單，組裝方便，容易操作。（7）一般不需相變和化學變化即可達到分離的目的。

一般來說，對于濁度和細菌可用微孔精濾膜去除，對于天然有機物，可用超濾膜去除，納濾膜可去除水中的鈣鎂離子、消毒副產物、農藥、表面活性劑等，反滲透膜則對去除砷、氟化合物、硫酸鹽、苦堿水淡化等效果顯著，對處理硝酸鹽、亞硝酸亞、溶解性總固體、氯化物、硫酸鹽、色度等感官問題的指標也有很好的處理效果。目前國內在較小范圍的優質水供應系統及瓶裝水處理處理系統已普遍采用了反滲透膜處理技術。

反滲透膜處理技術是當今最先進、最節能、效率最高分離技術。作為一種新的軟化技術，可廣泛應用于海水淡化、工業用水（如中低壓鍋爐用水）的制取以及純凈水的制備領域。與離子交換法相比，反滲透出水水質優，無污染、自動化程度高、占地面積省，反滲透無需再生。根據原水分特征和出水要求選擇合適的反滲透膜進行優化配置，可充分發揮出高效低耗的優越性。從膜處理技術的發展看，反滲透應用于飲用水的凈化已經較為成熟。

本工程的水源為地下水，目前水質符合生活飲用水標準，本次工程的目的是進一步降低水中的溶解性總固體、氯化物、硫酸鹽、總硬度等指標，使水質進一步提高，因此采用反滲透膜處理工藝是較為適合。

通過以上論述，本工程采用反滲透膜膜分離處理技術對水質進行進一步處理，使水質得到改善提高。

4.3凈水工藝設計

4.3.1設計規模

設計規模是指本次采用反滲透膜分離處理技術的日處理量，由于反滲透膜處理工藝相對處理成本較高，如將所有的日用水量都進行反滲透膜分離處理，則將會較大的提高改善飲用水的水質，如將全部供水都進行深度處理，則也會造成較大浪費，因為居民大部分的用水量主要用在洗衣、洗菜、做飯等。因此會造成較大的浪費，因此，綜合考慮運行成本、工程投資、工程社會效益和經濟效益，決定對部分水進行反滲透膜處理，然后將處理后水與地下水進行混合，這樣既提高了水質，也降低了運行成本，經對上述成本、投資及工程效益的綜合分析考慮，擬將反滲透膜分離處理流量確定為3000m3/d。

4.3.2設計原則

（1）技術先進，反滲透技術是目前非常成熟的水處理技術，產水量可以得到有效的保證，這在同類大中型項目已得到成功的應用。（2）工藝合理、節能環保，本系統是根據提供的水質為依據進行設計的，經過了嚴格的工藝計算，在設計時充分考慮到水資源的回收和利用，減少廢水排放量。（3）安全可靠，系統具有非正常工況的保護功能，具有動手/自動控制功能、PLC控制。系統中關鍵設備與部件（如計量泵、膜組件等）選用進口產品，其他選用國產優質品牌產品。

4.3.3設計依據

（1）設計水溫≥15℃。（2）進水水質：詳見附表水質檢測單。（3）設計規模為兩組，每組65m3/h。

4.3.4主要工藝設計說明

（1）進水水質和出水水質對比分析，見表1。進水水質，水質全分析數據詳見附表水質檢測單，本工程根據兩水源的水質進行分析平均后的主要數據如下。出水水質，RO裝置產水水量：2×65m3/h。產水水質如下表（設計值），實際可能有偏差，實際溶解性總固體(mg/L)≤30。

表1　進水水質、出水水質對比分析表

（2）系統處理量和容量，見表2。

表2　系統處理量和容量

5　反滲透膜分離技術在華亭縣飲用水水質改善工程中的社會效益和前景分析

5.1社會效益

通過四年來的反滲透膜分離技術的應用實現了對全縣城鎮供水水源地馬峽養馬寺、西華水源地水質的深層次凈化，使全縣城鎮居民生活用水水質得到根本性改善。一是城鄉供水保證率更高了，工農業生產和居民生活用水保障程度更高了，工農業生產效益和居民生活水準自然提高了；二是該項技術的應用，讓華亭縣城區居民不再為飲用水水質問題而糾結，徹底解決了因工礦業污染致使飲用水水質不良問題引發的矛盾和焦慮，進一步提升了居民的生命質量和生活水準；三是通過該項技術在西華水源地、馬峽養馬寺水源地的成熟運用，目前已經推廣到馬峽孟臺、車廠溝、蒼溝水源地、安口劉家莊等四個水源地，供華亭煤業集團公司的各礦區、華亭電廠、西華電廠、中煦公司等大型企業單位的職工生活用水，節省了以上工礦企業單位因水質問題從外地調運飲用水的費用，降低了生產生活成本，提高了勞動效率，解決了水費繳納不及時、收費難的問題。四是切實有效的實現了水資源節約開發利用與管護，為區域上下游水資源有效持續開發利用和縣域經濟社會健康長久發展奠定了良好基礎。

5.2前景展望

經過反滲透膜分離技術在華亭縣城區飲用水水質改善中的應用，對于解決華亭縣水資源管理系統不完善、宏觀管理粗放、飲用水水質不達標、生態環境調查、生態環境變化、水資源科學細化管理和生態環境改善具有重要作用。反滲透膜分離技術為華亭縣飲用水水質提升探明了方向。通過在西華、馬峽養馬寺城區水源地中成功運用，把華亭縣飲用水水質改善工程推上了新的高度，在華亭縣近幾年水資源開發利用中，由于農村安全飲水工程的全面實施，新開發的馬峽車廠溝水源地、孟臺水源地、蒼溝水源地和紅崖山水廠、牛舌堡水廠等以及全縣國民經濟和社會發展十三五規劃中提出的上關小川水源地都將以已建水質凈化工程為依托，在此基礎上尋求新突破，建立新的水質改善理念，而通過該項技術近四年的實施和運行，目前已經非常成熟，在不斷降低生產成本的同時，進一步提高產水量和產水效率，不斷節約水資源，為實行最嚴格的水資源管理提供了根本性保障和技術措施。隨著現代化步伐的加快，城鎮飲用水水質全面改善和農村生活飲用水水質提升也迫在眉睫，自來水化縣的進一步深入和農村飲水安全工程的改造提升，對水質的要求也越來越高。因此，對全縣的飲用水水質改善有著非常重要的意義。該項目對周邊縣市的飲用水水質改善和人民生活質量的提升提供了技術和推廣經驗。反滲透膜處理技術是當今最先進、最節能、效率最高分離技術。作為一種新的軟化技術，可廣泛應用于海水淡化、工業用水的制取以及純凈水的制備領域。與離子交換法相比，反滲透出水水質優，無污染、自動化程度高、占地面積省，反滲透無需再生。根據原水分特征和出水要求選擇合適的反滲透膜進行優化配置，可充分發揮出高效低耗的優越性。從膜處理技術的發展看，在環境保護和水資源再生方面異軍突起，在環境工程，特別是廢水處理和中水回用方面有著廣泛的應用前景。

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