農村集中式供水工程凈水工藝及技術性能比較分析

李莉莉

(廣東中灝勘察設計咨詢有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

我國部分地區的農村飲水安全在水量和水質保障、長效運行等方面還存在薄弱環節，特別是出現了水質保障能力不足的問題[1]。大型城鎮供水水廠通常采用混凝—沉淀—過濾—氯消毒等處理工藝，其組合凈化工藝復雜，過程繁瑣，需要專業技術人員管理維護，運行成本高。農村供水工程規模一般以“千噸萬人”以下為主，其經濟承受能力、凈水技術操作維護及保障能力均不具備直接承接城鎮供水工程工藝的能力。因此，為了保障農村飲用水安全，結合當地水源水質特點，選取適合農村特點的小型一體化飲用水凈化設備甚為迫切。

1 工程概況

肇慶市鼎湖區水資源豐富，但受自然條件和現狀經濟條件的制約，農村群眾飲水矛盾比較突出，存在季節性缺水等問題。同時由于缺少有效的水處理措施，飲用時只對渾濁的山溪河水進行簡單的過濾與沉淀，與農村飲用水衛生標準相差甚遠。

基于此，分片區新建集中式供水工程，設計供水人口為7.09 萬人，供水總規模為1.2 萬m3/d(各片區供水規模50 m3/d～2000 m3/d 不等)。建設目標是提升現狀不合格用水群眾的飲用水質，使工程覆蓋范圍的群眾飲用水質達到國家標準，使區域自來水覆蓋率達到90%以上，農村自來水普及率達到90%以上，農村生活飲用水水質合格率達到90%以上。

2 凈水工藝

通過對工程水源水質分析，水體中多為微量懸浮物，pH偏低，總大腸菌群及耐熱大腸菌群、個別出現鋁超標。部分片區的現狀水源為山溪河流，一般情況下原水含沙量變化較大，渾濁度長期低于500 NTU，瞬時不超過1000 NTU，但是廣東地區雨水充足，發生暴雨洪水情況較多，水體瞬時渾濁情況多見，故考慮在常規凈水工藝前增加預沉處理措施。pH 偏低情況可以通過增設緩釋pH 調節器進行調節;總大腸菌群及耐熱大腸菌群超標可以通過常規添加消毒劑進行消除;鋁超標情況可通過pH 調節添加過濾消除。

根據處理標準及供水規模，按照先進、可靠、投資省的原則，并結合多個鄉鎮水質凈化工程中的實際運行經驗，本次擬定三種凈水工藝流程進行分析比選:

工藝一:水源→取水陂→沉砂池→過濾池→蓄水池→超濾膜凈水設備→管網→用水戶。

工藝二:水源→取水陂→沉砂池→電動反沖洗式不銹鋼凈水設備→蓄水池→管網→用水戶。

工藝三:水源→取水陂→沉砂池→虹吸式自動反沖洗不銹鋼凈水設備→蓄水池→管網→用水戶。

2.1 工藝一(超濾膜凈水設備)

超濾膜凈水技術是以超濾膜過濾為核心的第三代飲用水技術。膜分離過程是以帶有極細孔徑的膜為分離介質，在外界推動力的作用下，截留水體中的污染物質的分離過程。超濾膜的過濾孔徑為0.01μm，對水體中的顆粒物、細菌、病毒、膠體、大分子有機物等污染物有很好的取出效果。超濾膜一般為高分子有機膜，以往用作超濾膜的高分子材料主要有纖維素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等，可被做成平面膜，卷式膜，管式膜或中空纖維膜等形式。

PVC 合金超濾膜具有精度高、能耗低、抗污染、通量大的突出優點，其過濾孔徑為0.01μm(相當于頭發絲的萬分之一)，比最小的病毒(0.02μm)還小，幾乎能100%的截留水體中的細菌、病毒、賈第蟲、隱孢子蟲、紅蟲等微生物。處理技術原理及工藝流程見圖1 和圖2。

圖1 PVC 中空纖維膜技術原理圖

2.2 工藝二(電動反沖洗式不銹鋼凈水設備)

電動反沖洗式不銹鋼凈水設備采用反應絮凝沉淀+石英砂、活性炭過濾+精密微過濾設備，電動反沖洗。具有節約投藥量，反應過濾，緩釋投加消毒劑，電動反沖洗濾池，可實現視頻監控等優點。設備工藝流程見圖3、圖4。

圖3 電動反沖洗式不銹鋼凈水設備示意圖

圖4 電動反沖洗式一體化處理工藝流程圖

2.3 工藝三(虹吸式自動反沖洗不銹鋼凈水設備)

虹吸式自動反沖洗不銹鋼凈水設備采用反應混凝+沉淀+石英砂過濾，自動虹吸反沖洗。具有根據原水濁度自動調節投藥量，反應過濾，水力控制投加消毒劑，虹吸反沖洗濾池，自動排泥等優點。有儀表進水濁度、出水濁度，HP 值、余氯值。可在手機終端監控水廠運行情況。凈水設備及工藝流程見圖5、圖6。

圖5 虹吸式自動反沖洗式不銹鋼凈水設備示意圖

圖6 自動反沖洗式一體化處理工藝流程圖

2.4 凈水工藝選擇

三種凈水工藝方案對比分析見表1。

表1 凈水工藝對比表

通過對凈水處理設施的占地面積、安全性、運行管理便利性、工程造價等各個方面比較，結合村民及業主在安裝、運行管理等方面的意愿，采用工藝一:與現有鋼筋混凝土結構加新增超濾膜凈水設備的水處理方案。典型設計方案見圖7。

圖7 凈水處理工藝(塔前式)典型布置圖

2.5 凈水工藝參數要求

為保證超濾膜凈水設備在工程中按設計要求發揮效用，需凈水設備參數做要求。

塔前式凈水工藝選擇為:原水—浸沒式超濾膜設備—清水池—管網;塔后式凈水工藝選擇為:原水—清水池—超濾膜設備—管網。塔前式凈水設備工藝超濾設備對原水進水沒有壓力要求，只要原水能自流到超濾膜設備內即可。工藝對于原水濁度要求為≤500 NTU。超濾膜產品的孔徑必須≤0.02 μm，平板膜平均過濾孔徑小于0.04 μm，超濾膜組件出水渾濁度應小于0.3 NTU。

2.6 工程量

本工程供水分片需在村莊附近布置1 個凈水站，每個凈水站均布置1 座設備房或圍墻圍閉，水廠內布置一臺集裝箱式超濾設備，一座的100 m3～150 m3清水池。來水在取水陂集水井內匯集后，經取水管送入沉砂池沉淀，沉砂池采用磚砌結構，長4.06 m，寬3.48 m，高1.5 m。沉砂池與清水池之間，采用過濾池對水體進行初步過濾。來水在沉砂池內預沉后，直接送入過濾池過濾，濾池采取慢濾形式的低濁度水凈化工藝。經過處理后的水進入100 m3的清水池，清水池可以調節水量的變化并貯存消防用水。工程總共新建配水管網199.79 km。

3 結語

凈水工藝應根據原水水質、設計供水規模、處理后水質要求，并參照相似條件已建水廠的運行管理經驗，通過技術經濟比較確定。農村集中式供水工程廣泛采用一體化凈水設備工藝，嚴格按照工藝參數要求布設凈水設備，可滿足群眾對健康飲水的要求。同時超濾膜凈水工藝對水源要求低，抗堵塞能力強，膜使用壽命長，綜合經濟技術指標優異。本工程投入使用后，經肇慶市肇海水質檢測有限公司檢測，水質滿足飲用水水質檢測標準，可保障農村集中供水工程長期發揮效益，具有推廣潛力。