農村飲用水處理工程提標改造設計

文_周文佳 山西中瑋環能集團股份有限公司

山西省飲用水資源匱乏，因此礦區農村飲用水水源多為地下水，其硬度和總溶解性固體含量較高。目前，常規的飲用水處理技術主要是沉淀、過濾及消毒，可去除濁度、色度、顆粒和微生物，但不能有效解決地下水水源中溶解性總固體、總硬度和硫酸鹽的高的問題，長期飲用該類水影響居民身體健康。本提標改造工程采用納濾膜處理系統實現了對飲用水水源的深度處理，為農村提供了一種安全而有效的飲用水處理工藝技術。

1 飲用水處理工程現狀介紹

1.1 基本情況

飲用水處理工程供水水質見表1。

表1 飲用水處理工程供水水質

該飲用水處理工程位于山西中東部礦區的鎮級村，距縣城22km。該工程于2002年建成，解決28個村共計1萬余人和所在區內企業職工的生活用水問題。工程設計為分級、分壓、統質供水，水源為2眼深井，井深分別為630m、730m，深井一級提水至供水站院內200m3清水池，二級提水采用不同揚程水泵分東、西兩個獨立的供水系統至高位蓄水池，調供各受益村、礦，原設計供水能力1000m3/d，最大取水量2000m3/d。

1.2 存在問題

①根據該地規劃以及人口增長情況，預計2025年用水量為2000m3/d，2035年用水量為2400m3/d。現狀飲用水處理工程中，2眼水源井中的最大取水量2000m3/d，不能滿足遠期供水需求，且無備用井做水源。

②由表1可見，該水源中溶解性總固體、總硬度和硫酸鹽指標未達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006），需進一步處理。

2 提標改造技術方案

通過對該飲用水處理工程現狀進出水水質、現狀工藝流程以及實際運行中存在問題的分析，若要保證飲用水水質達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006），現有工藝難以實現這一目標，因此需要新建一座安全飲水處理站。建設規模：供水量2400m3/d。主要建設內容：新建安全飲水處理站，以處理水源（1#和2#以及后期新建的水源井）來水，占地200m2，總建筑面積270m2。凈水工藝：原水→多介質過濾→納濾膜系統→消毒→輸配水管網。

本次提標改造工程主要兩部分：對現有構筑物的改造；新增深度處理設施及配套的預處理構筑物。至于2眼深井供水能力不能滿足長期規劃（供水量2400m3/d），當地住建局增加2眼深水井作為備用水源，原水日供能力大于3200m3/d，同時配套建設輸配水管網，上述兩部分內容未包含在該項提標改造工程內。

2.1 現狀構筑物改造

本次提標改造工程前，在綜合利用原有構筑物的前提下，對現有清水池進行改造，增加其儲水能力。

2.2 新增深度處理設施

結合國內外飲用水處理工程提標改造的設計運行經驗，推薦采用出水水質優良、節省用地且具有優越的去除硫酸鹽和降低總硬度、溶解性總固體功能的納濾膜（NF）工藝作為本次提標改造工程的核心工藝，這也是納濾膜（NF）工藝在該地區的首次應用。

該飲用水處理工程需建設1座納濾膜濃水池及納濾膜車間，配套3臺多介質過濾器和1座原水池、1座中間水箱，作為NF工藝前段的預處理系統。

預處理保障，新增清洗系統主要對納濾膜系統進行清洗，同時新增鼓風機1臺，主要用于多介質過濾器的清洗。

3 提標改造工程設計

3.1 飲用水處理工程提標改造設計

該礦區農村飲用水處理工程現狀加氯消毒系統無需改造，維持現狀。

3.2 提標改造工藝流程

提標改造工藝流程如圖1 所示。

圖1 提標改造工程工藝流程

3.3 多介質過濾器

原水經多介質過濾器進水泵提升至多介質過濾器進水總管，均勻進入各個多介質過濾器，而后通過砂濾層和無煙煤層和集水系統流入罐底匯集，最后經由各過濾器出水管道匯總后進入過濾器產水箱。

（1）設置目的

過濾器選擇合適級配的填料及較低的運行濾速，濾除原水帶來的細小顆粒、懸浮物、膠體等雜質。

（2）裝置組成

直徑為2800mm、3套（2用1備）。

3.4 中間水箱

中間水箱設置的目的主要是接收多介質過濾器的產水，并且為后續納濾膜系統提供進水的構筑物。中間水箱配套增壓泵。

（1）設置目的

中間水箱的作用，既接收多介質過濾器的產水，又為后續納濾系統提供進水的構筑物。

（2）裝置組成

容積為70m3（1座，材質SS304）。

3.5 納濾膜系統

納濾膜主要運用于飲用水和工業用水的純化，廢水凈化處理，工藝流體中有價值成份的濃縮等方面。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，如CA、CTA膜、芳族聚酰胺復合膜和磺化聚醚砜膜等。但與反滲透相比，其操作壓力更低，因此納濾又被稱作“低壓反滲透”或“疏松反滲透”。以壓力差為推動力的膜分離技術，當系統中所加的壓力大于溶液滲透壓時，水分子不斷地透過膜，經過產水流道流入中心管，然后由產水管輸送至產水池。進水中的雜質，如離子、有機物、細菌、病毒等被截留在膜的進水側，由濃水管排出。

本項目納濾膜系統的產水率設計為75%，因此原水日供量大于3200m3/d，可保證產水為2400m3/d。

納濾膜脫鹽性能參數：納濾系統標準化除鹽率（以2000ppm硫酸鎂作為評價標準）≥97%（運行第一年）≥95%（三年內）；納濾膜系統凈產水量≥2400m3/d（三年內產水率≥75%）。

（1）設置目的

納濾膜裝置是整個系統的核心，脫除水中的鈣鎂離子等二價離子和部分一價離子，以及膠體、有機物質等。

（2）裝置組成

納濾膜元件選擇透水量大、脫鹽率高、化學穩定性好及機械強度好的膜，采用世界上最先進的納濾復合膜。經納濾膜專用軟件計算，共設2套納濾膜裝置，納濾膜組采用一級二段排列，每套設置12支6芯壓力容器，每套配置72支納濾膜元件。

詳細設備參數見表2。

3.6 膜加藥系統

膜加藥裝置以計量泵為主要投加設備，將溶藥箱、攪拌器、液位計、安全閥、止回閥、壓力表、過濾器、緩沖器、管路、閥門、底座、扶梯、自動監視系統、電力控制系統等按工藝流程需要組裝在一個公共平臺上，形成一個模塊，即所謂的撬裝式組合式單元（簡稱“撬體”）。按需要將定量的藥劑放入攪拌溶液箱內進行攪拌溶解，溶解完畢后再通過計量泵送至投加點，加藥量的大小可自由任意調節，以滿足不同運行條件。

3.7 清洗系統

清洗系統主要是為了及時清洗納濾膜表面的污染物質，保證納濾膜系統能夠穩定運行而設置。清洗系統主要包括清洗水箱、清洗水泵、清洗過濾器以及配套的閥門儀表等。

3.8 清水池（改造）

本工程中的納濾膜系統產水送至清水池，該清水池利用原飲用水處理工程中的清水池，現有清水池200m3，不能滿足日供水能力2400m3的儲存。由于占地緊張，須將該池深度由4m增至6m，則清水池池容擴大至300m3，保證儲存3h的清水，持續穩定的給該地村民供水。

3.9 濃水池（新建）

本工程中的納濾膜系統濃水送至濃水池，根據濃水水質特征選擇回用或者外排。

濃水量占原水進水量的25%，約為800m3/d。濃水回用應根據用戶需求和用途，合理確定回用水的水質和水量，按照經濟合理和安全衛生的原則，實行濃水再生利用。

目前，濃水回用的途徑有：①市政雜用水。主要是那些與人體不接觸的用水，如沖廁。用于垃圾填埋廠回灌用水。②工業用水。由于該安全飲水站排出的濃水中含有豐富的硫酸根離子、氯離子、鈣離子等，該股濃水可為周邊化工企業的工業用水。

4 工程投資及運行效果

本礦區農村飲用水改造工程的投資概算總額為402.25萬元，設計出水水質達到且優于《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）。

目前，本礦區農村飲用水改造工程已建成試運行，出水水質穩定。試運行期間，該項工程原水實際進水量3000～3200 m3/d，主要進出水質指標如表3所示。

試運行期間，農村飲用水處理工程水質監測結果顯示，出水水質雖在一定范圍內有波動，但各項指標均能穩定達到且優于《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）。

表2 配套設備及主要設計參數

表 3 農村飲用水改造工程試運行進出水水質

5 結語

北方礦區農村有諸多類似的飲用水處理工程，因缺水只能采用地下水作為飲用水，且地下水中總溶解性固體、總硬度、硫酸鹽含量較高，長期飲用影響居民身體健康。對該類飲用水處理工程進行提標改造，本工程的實施具有典型的借鑒意義。

NF膜工藝出水水質優良、運行穩定和節省用地且具有優越的去除總溶解性固體、總硬度和硫酸鹽功能。項目的實施對于農村、缺水地區使用 NF膜工藝提供了良好的范例，本工程是NF膜工藝在該地區的首次應用。