北方農(nóng)村小型次氯酸鈉消毒水廠運行效果研究

趙 微，李鐵男，高雪杉，楊繼富

(1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.黑龍江省水利科學(xué)研究院， 黑龍江 哈爾濱 150080)

北方農(nóng)村小型次氯酸鈉消毒水廠運行效果研究

趙 微1,2，李鐵男2，高雪杉2，楊繼富1

(1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.黑龍江省水利科學(xué)研究院， 黑龍江 哈爾濱 150080)

K水廠是北方小型集中式供水工程的典型代表，供水人口2000人，水源類型為地下水，水源水質(zhì)好。為了給水源水質(zhì)較好的北方農(nóng)村小型集中式供水工程的建設(shè)模式提供依據(jù)，本文采用儀器分析等方法，開展了水處理工藝的選擇、水質(zhì)化學(xué)分析以及水廠運行成本計算等研究。研究表明，在水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)條件下，水廠凈水工藝宜選擇次氯酸鈉消毒技術(shù)。水廠運行3個月過程中，次氯酸鈉發(fā)生器運行穩(wěn)定，出廠水及末梢水水質(zhì)穩(wěn)定并能達(dá)標(biāo)。水廠用電及藥品的成本為0.51元/t。

小型集中式供水工程；地下水；次氯酸鈉消毒；運行效果

在我國農(nóng)村飲水安全保障體系中，小型集中式供水工程占具重要的比例。黑龍江省農(nóng)村飲水提質(zhì)增效 “十三五”規(guī)劃將農(nóng)村水利與供水安全作為重點研究方向，計劃總投資31.55億元，實施工程5754處(有90%為小型集中式供水工程)，全面提高432.9873萬農(nóng)村人口飲水質(zhì)量。黑龍江省部分地區(qū)水源水質(zhì)較好，其中13個市103個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，地下水型水源地98個，其中27個合格(合格率為28%)。即便是在水源水質(zhì)較好的地區(qū)，工程在運行管理中也不同程度的存在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低[1-2]，采用的技術(shù)落后[3-4]等問題，進(jìn)而影響水質(zhì)合格率。因此，本文首先對以地下水為水源的水處理工藝的選擇進(jìn)行研究，然后采用儀器分析等方法，分析了水廠的運行效果。以期為北方農(nóng)村小型集中式供水工程建設(shè)模式的研究提供可靠的實踐經(jīng)驗和技術(shù)支持。

1 水廠概況

K水廠位于我國北方地區(qū)，供水范圍1個行政村，供水人口2000人，571戶。供水規(guī)模為日供水量160 m3。水源井1眼，井深140 m，單井出水量20 t/h。鋪設(shè)輸配水管網(wǎng)19 714 m。管材PE，管頂埋深2.8 m。K水廠采用的水源井在水量上滿足《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》(SL 678-2014)[5]中取水量的設(shè)計要求，水質(zhì)滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-1993)中Ⅲ類水的標(biāo)準(zhǔn)[6]，可作為生活飲用水水源，且水質(zhì)較好。

2 凈水工藝的選擇及設(shè)計

K水廠凈水工藝的選擇主要從兩方面考慮，一是凈化處理工藝，二是消毒工藝。K水廠供水所用的水源是地下水且水質(zhì)較好，因此不需要通過混凝沉淀、過濾等凈化處理。依據(jù)《農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程“十三五”規(guī)劃》中的建設(shè)要求，需要配備完善和規(guī)范使用水質(zhì)凈化消毒設(shè)施，使供水水質(zhì)達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)的要求[7]。因此，水廠需要配置消毒設(shè)備。消毒設(shè)備的選擇應(yīng)從原水水質(zhì)出發(fā)，當(dāng)原水水質(zhì)較差，如以地表水為水源，應(yīng)優(yōu)先考慮采用氧化能力較強的消毒方式，建議配置高純型二氧化氯消毒設(shè)備[8]。當(dāng)原水水質(zhì)較好，如以地下水為水源，則應(yīng)優(yōu)先考慮采用氧化能力相對較弱的消毒方式[9-10]，建議配置電解食鹽法次氯酸鈉消毒設(shè)備。因此，K水廠選擇配置次氯酸鈉消毒設(shè)備。

依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》(SL 678-2014)中4的規(guī)定設(shè)計K水廠的清水箱，清水箱體積60 t，材質(zhì)為玻璃鋼。依據(jù)SL 678-2014中11.3的規(guī)定選擇次氯酸鈉消毒設(shè)備，選定次氯酸鈉發(fā)生器1臺(北京資順晨化科技有限公司、zls-cl-L-100)。配置深井泵1臺，供水泵1臺，提水設(shè)備的選擇應(yīng)遵循SL 678-2014中6的有關(guān)規(guī)定。另外配置余氯在線監(jiān)測儀1臺(普羅名特科技有限公司、CLE3-mA-2ppm)。水廠技術(shù)流程圖見圖1。

圖1 水廠技術(shù)流程

3 工程運行效果分析

為了考察在水源水質(zhì)較好的條件下，K水廠(小型次氯酸鈉消毒水廠)運行的穩(wěn)定性，開展出廠水中余氯的在線監(jiān)測以及水源水、出廠水及末梢水水質(zhì)常規(guī)35項指標(biāo)的化學(xué)檢測分析。

3.1 消毒劑在線監(jiān)測效果

為了考察次氯酸鈉消毒效果及設(shè)備運行的穩(wěn)定性，采用余氯在線監(jiān)測儀對出廠水中的余氯含量進(jìn)行檢測，數(shù)據(jù)采集方法為在儀器上直接讀數(shù)，數(shù)據(jù)采集時間為水廠開始系統(tǒng)運行第1～91天的每日上午9時。

圖2 不同時間水中游離氯的監(jiān)測值

由圖2可知，水廠開始系統(tǒng)運行從第1～91天，水中余氯的值保持在0.14～0.15 mg/L，水中余氯的監(jiān)測值在國標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)。試驗結(jié)果表明，K水廠出廠水中消毒劑指標(biāo)合格，采用次氯酸鈉消毒方式的消毒效果較好，次氯酸鈉發(fā)生器運行穩(wěn)定。

3.2 水質(zhì)常規(guī)35項指標(biāo)

為了考察水廠各環(huán)節(jié)的水質(zhì)是否符合生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生要求，分別取水源水、出廠水及末梢水的水樣進(jìn)行水質(zhì)分析。試驗設(shè)置三個取水口(見圖1)，從取水口1～3可取得的水樣分別為水源水、出廠水及末梢水。水樣采集、處理、及運輸方法按照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》(GB/T 5750-2006)中GB/T 5750.1執(zhí)行[11]。水樣采集設(shè)置2個重復(fù)，每個采樣點采集2瓶(600 mL娃哈哈純凈水瓶)。水質(zhì)檢測采樣時間為水廠開始系統(tǒng)運行第1、3、5、8、11、16、21、31、61、91天的每天上午9時。檢測指標(biāo)為水質(zhì)常規(guī)35項，參見《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 5749-2006)。水樣檢測方法按照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》(GB/T 5750-2006)執(zhí)行，每個水樣的檢測重復(fù)3次。水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)主要包括微生物指標(biāo)、毒理指標(biāo)、感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)、放射性指標(biāo)，以及消毒劑常規(guī)指標(biāo)等，水源水、出廠水及末梢水的水質(zhì)各項常規(guī)指標(biāo)分析結(jié)果見表1～4。

由表1～4可知，K水廠系統(tǒng)運行3個月，水源水、出廠水及末梢水的消毒劑指標(biāo)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 5749-2006)的要求，消毒效果穩(wěn)定，水源水、出廠水及末梢水的其他35項常規(guī)指標(biāo)也均符合GB/T 5749-2006的規(guī)定，水廠運行性穩(wěn)定。

3.3 運行成本分析

為了考察K水廠運行成本的合理性，本文對水廠的制水成本進(jìn)行了分析。制水成本即為水廠每生產(chǎn)1 t水需要的成本，由深井泵耗電成本、次氯酸鈉消毒劑投加成本、余氯在線監(jiān)測儀器耗電成本，及供水泵耗電成本組成。

本研究采用的深井水泵型號為200QJ20-133/10(380 V、50 Hz，流量20 m3/h、揚程140 m，15 kW)，經(jīng)計算耗電0.75 (kW·h)/t，農(nóng)村供水按每度電0.51元計算，每生產(chǎn)1 t水需要0.3825元。供水泵型號為65ZX25-32(220 V、50 Hz，流量25 m3/h、揚程32 m，5.5 kW)，經(jīng)計算耗電 0.22 (kW·h)/t，每生產(chǎn)1 t水需要0.1122元。消毒設(shè)備選擇資順牌次氯酸鈉發(fā)生器(型號：zls-cl-L-100，1 kW)，按經(jīng)驗值該設(shè)備每小時消毒100 t水，電費成本0.0051元/t。工業(yè)食鹽按5600元/t計算，消毒設(shè)備消耗食鹽量按1 g/t計算，需要成本0.0056元/t。余氯檢測設(shè)備設(shè)備(普羅名特科技有限公司、CLE3-mA-2ppm，10 w)，按日供水量160 m3計算，需要成本0.0008元/t。合計成本0.51元/t。魏向輝等[12]對農(nóng)村小型供水工程制水成本進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，水廠用電及藥品的成本0.5～2.0元/t，K水廠的制水成本與其研究結(jié)果相近，符合實際生產(chǎn)需求。

4 結(jié) 論

以K水廠作為水源水質(zhì)較好的北方小型供水工程的代表，本文開展了水處理工藝的選擇、水廠的運行效果以及運行成本分析等研究，主要研究成果如下：

(1)在水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)條件下，北方小型供水工程的凈水工藝宜選擇次氯酸鈉消毒技術(shù)。

(2)K水廠運行3個月過程中，次氯酸鈉發(fā)生器運行穩(wěn)定，出廠水及末梢水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

(3)K水廠用電及藥品的成本為0.51元/t。

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Study on the operation effect of small sodium hypochlorite disinfection water works in northern rural areas

ZHAO Wei1,2, LI Tienan2,GAO Xueshan2,YANG Jifu1

(1.ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing100038,China; 2.HeilongjiangProvinceHydraulicResearchInstitute,Harbin150080,China)

K water treatment works were the typical representatives of small centralized water supply project in northern rural areas, the water supply has a population of 2000, groundwater type, and the water quality was good. In order to provide a basis for the construction of a small centralized water supply project in northern rural areas.The instrument analysis method was adopted and the selection of water treatment process, chemical analysis of water quality, waterworks operation cost calculation were researched. The results showed that under the condition of the water quality can reach the standard, water treatment works should choose sodium hypochlorite disinfection technology. In 3 months of operation process, sodium hypochlorite generator running stability, the finished water and tap water quality is stable and can reach the relevant standards. The cost of electricity and drugs for water works was 0.51yuan/t.

small centralized water supply project; ground water; sodium hypochlorite disinfection; operation effect

X321

A

2096-0506(2017)09-0029-06

黑龍江省科研機構(gòu)創(chuàng)新能力提升專項計劃項目(YC2015D006-1)；黑龍江省科技專項(201601)

趙 微(1982-)，女，黑龍江富錦人，工程師，研究方向為農(nóng)村飲水安全。E-mail: zhaoweiysaq@163.com。