劉齊東

(永嘉縣水利局，浙江 永嘉 325100)

1 水源選擇

1.1 水源概況

永嘉縣是浙江第四大縣、溫州第一大縣，素有“八山一水一分田”之稱，客觀上決定了農(nóng)村飲用水工程數(shù)量多、分布散、規(guī)模小，而金溪鎮(zhèn)農(nóng)村飲用水情況是永嘉的一個(gè)縮影，故文章選取金溪鎮(zhèn)的農(nóng)村飲用水作為代表對(duì)凈水工藝進(jìn)行比選研究。

經(jīng)金溪鎮(zhèn)農(nóng)村實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)踏勘，可引用的水源分為兩大類：一是村內(nèi)各山體間形成的山坑小溪，二是流經(jīng)各村的大型溪流?？紤]農(nóng)村供水的運(yùn)行成本，農(nóng)村供水站基本上采用重力流引水，絕大部分水源從山坑小溪取用做為主水源，用于生活、生產(chǎn)，水源不足的供水站會(huì)在大型溪流內(nèi)設(shè)置大口井作為備用水源，確保農(nóng)村用水供水保障率。

1.2 水質(zhì)分析

取水口上游林木茂盛，植被良好，水土保持較佳。金溪鎮(zhèn)水源水質(zhì)清澈，正常情況下源水濁度底，但主汛期間，受暴雨影響，濁度會(huì)出現(xiàn)間歇性的增長(zhǎng)。考慮水源地上游植被良好，基本上無農(nóng)業(yè)灌溉用水，水質(zhì)經(jīng)綜合設(shè)備處理后可以滿足用水需求。

2 凈水工藝比選

2.1 主要工藝及其特點(diǎn)

2.1.1 常規(guī)水處理技術(shù)

常規(guī)水處理技術(shù)，一是指待處理的原水在水溫、濁度、含砂量以、污染物含量等方面均在一般的范圍內(nèi)；另一層含義是指所采用的處理工藝僅限于混凝、沉淀(氣浮)、過濾和消毒。因此，常規(guī)水處理技術(shù)是指對(duì)一般濁度的原水進(jìn)行混凝、沉降(或氣浮)、過濾和消毒的水凈化技術(shù)，主要是去除濁度、色度和細(xì)菌和病毒的處理技術(shù)。常規(guī)的水處理技術(shù)雖然存在一定的局限性，但仍是給水處理中最基本常見的處理方法。濾池過濾性能的提升可通過原水的實(shí)際情況分析加進(jìn)適當(dāng)?shù)闹鸀V劑以提升去除率，降低出水濁度，但運(yùn)行周期需要相應(yīng)縮短。如果出水水質(zhì)不能滿足水質(zhì)穩(wěn)定要求，則應(yīng)加入水質(zhì)穩(wěn)定劑，使出水水質(zhì)達(dá)到穩(wěn)定要求。

2.1.2 膜處理

膜處理技術(shù)是從20世紀(jì)70年代以來發(fā)展起來的一種新型水處理技術(shù)，在20世紀(jì)90年代的發(fā)展十分迅速。膜處理技術(shù)是一種以壓力為驅(qū)動(dòng)力，利用不同孔徑的膜對(duì)水和顆粒物進(jìn)行篩分和分離的技術(shù)。根據(jù)膜孔徑從大到小的排列方式，膜濾可以分為微濾、超濾、納濾和反滲透4種。膜材料主要有乙酸纖維膜、芳香族聚酰胺膜、聚砜膜、聚丙烯膜、無機(jī)陶瓷膜等。膜組件的主要形式有板式、卷式、中空纖維、管式等[1]。膜處理技術(shù)具有出水濁度低、水質(zhì)穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)，藥劑投加量少，去除污染物范圍廣，可選擇不同的膜達(dá)到預(yù)定的分離效果，運(yùn)行可靠，設(shè)備緊湊、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)[2]。缺點(diǎn)是：設(shè)備成本和運(yùn)行成本高，膜易堵塞和污染，使用壽命短。近年來，隨著膜材料價(jià)格的不斷降低和膜技術(shù)的不斷發(fā)展，膜處理技術(shù)在水處理應(yīng)用領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈。當(dāng)前，在膜分離技術(shù)中，市政供水中超濾技術(shù)被廣泛應(yīng)用。

2.1.3 預(yù)處理——預(yù)氯化處理

預(yù)氯化是目前國(guó)內(nèi)大部分供水站對(duì)受污染水源水處理采用的主要工藝措施，其目的是利用氯的氧化能力和殺菌作用，抑制藻類的繁殖，控制嗅味，維護(hù)和清洗過濾介質(zhì)，去除水中的鐵錳，去除水中硫化氫、色度等，保證常規(guī)處理的穩(wěn)定運(yùn)行，提高處理效果。但是氯與水中致突變前驅(qū)物質(zhì)相作用，使水的致突變活性強(qiáng)度增加，對(duì)人的身體健康影響大。因此，對(duì)受污染水源水采用預(yù)氯化處理應(yīng)持謹(jǐn)慎的態(tài)度，尤其是水源污染程度較重的，因產(chǎn)生“三致”物質(zhì)，在常規(guī)處理以及深度處理中均難以除去，只有通過活性炭吸附去除，但吸附的容量飽和后，必須對(duì)活性炭進(jìn)行再生，再生的費(fèi)用較高[3-5]。與常規(guī)工藝加藥+絮凝+沉淀+過濾工藝比較，超濾膜技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

表1 工藝與技術(shù)性能對(duì)比表

1)協(xié)助去濁，混凝劑的用量相對(duì)較小。超濾過程去除原水中濁度和懸浮物是非常有效的，經(jīng)超濾工藝的輔助，可以非常明顯地降低混凝劑的投加量，減少水的凈化過程中的污染環(huán)節(jié)，從而全面提高水的質(zhì)量。

2)超濾膜水具有很高的微生物安全性。因?yàn)槲⑸锏拇笮∫话愣詴?huì)超過 0.5 0.5μm，濾膜孔隙大小遠(yuǎn)< 0.5μm，能有效過濾微生物分子，大大減少消毒劑投加量甚至代替消毒作用，這也減少了消毒劑對(duì)人體產(chǎn)生的負(fù)面影響。

3)安裝費(fèi)用比較低，容易改裝?，F(xiàn)有的水凈化設(shè)備體積巨大、占地面廣，超濾膜設(shè)備相對(duì)小巧，只要組裝好原系統(tǒng)的某些部分，就可以使用。

4)控制功能好。大多數(shù)情況下，超濾膜技術(shù)采用PLC自動(dòng)控制方式，可視化操作界面可調(diào)，可降低操作難度，經(jīng)過簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可快速上手，而且跟進(jìn)和維護(hù)成本都相對(duì)較低[6-8]。

5)和有機(jī)膜相比，陶瓷膜具有化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、抗微生物腐蝕能力強(qiáng)、易清洗再生、孔徑分布窄、分離效率高、占地面積小、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，水源水質(zhì)及供水規(guī)模相同情況下，加藥+絮凝+沉淀+過濾一體化凈水設(shè)備噸水投資約 850-1100元，中空纖維膜超濾凈水設(shè)備噸水投資約750-1000元，旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式陶瓷膜設(shè)備噸水投資約 900-1150元，旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式陶瓷膜設(shè)備一次性噸水投資稍高于前兩者，但是，旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式陶瓷膜設(shè)備無濾芯、濾料等耗材，并且陶瓷膜的使用壽命高達(dá)15a以上，設(shè)備經(jīng)久耐用，因此，投資效益高于一體化凈水設(shè)備和中空纖維超濾膜凈水設(shè)備。同時(shí)加藥+絮凝+沉淀+過濾一體化凈水設(shè)備噸水運(yùn)行成本約0.40-0.60元，中空纖維膜超濾凈水設(shè)備噸水運(yùn)行成本約0.30-0.45元，旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式陶瓷膜設(shè)備噸水運(yùn)行成本約0.08-0.12元，旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式陶瓷膜設(shè)備噸水運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于前兩者且膜組件質(zhì)保15a。綜上所述，本次設(shè)計(jì)推薦采用旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式陶瓷膜處理工藝[9-10]。

圖1 工藝流程圖

表2 旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流失陶瓷膜設(shè)備技術(shù)參數(shù)

結(jié)合金溪鎮(zhèn)各村人口及用水量等情況，膜設(shè)備工作時(shí)間考慮每天20h，日供水規(guī)模分別100m3/d)、(200m3/d)、(300m3/d)較為普遍，故選定膜設(shè)備產(chǎn)水量為(5m3/T)、(10m3/T、(15m3/T)作為常用型號(hào)。

2.2 消毒劑投加

次氯酸鈉發(fā)生器是現(xiàn)場(chǎng)電解低濃度氯化鈾溶液和生產(chǎn)次氯酸基消毒劑的設(shè)備。適用于醫(yī)院含菌污水的消毒殺菌，電鍍含氧廢水和有機(jī)廢水的氧化處理，游泳池、中小型的供水設(shè)施、二次供水、循環(huán)水的消毒殺菌。經(jīng)常見到的次氯酸鈉發(fā)生器有Clor Tee系列和AUK-ClO系列。 考慮水廠需要現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉，本次推薦選擇 AUK-ClO系列現(xiàn)場(chǎng)次氯酸鈾發(fā)生器。

圖2 AUK-ClO系列設(shè)備工作原理及組成示意圖

AUK-ClO系列全自動(dòng)電解次氯酸鈉發(fā)生器是低濃度鹽水通過帶電電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成次氯酸鈉溶液的成套裝置。工作時(shí)先將食鹽加入到溶鹽桶生成飽和鹽水，通過過濾進(jìn)入稀鹽桶生成約2.8%的稀鹽水溶液，用計(jì)量泵按設(shè)定流量使稀鹽水溶液持續(xù)流入并通過專用電極夾層式電解槽，電解產(chǎn)生的次氯酸鈉溶液(濃度4,000-7,000ppm)存儲(chǔ)到儲(chǔ)存罐，再通過計(jì)量泵將存儲(chǔ)桶里的次氯酸鈉消毒溶液投加到指定的目標(biāo)水體。根據(jù)各村每小時(shí)供水量推薦選用AUK-ClO中型AUK-ClO-10次氯酸鈉發(fā)生器各一套[11-12]。

2.3 凈水工藝流程

通過上述各個(gè)供水工藝的論證，確定本次設(shè)計(jì)凈水工藝流程為原水經(jīng)過閥門進(jìn)入混凝反應(yīng)室，添加凈聚合氯化鋁(PAC)進(jìn)行混凝反應(yīng)后進(jìn)入一體式凈化設(shè)備，后添加次氯酸鈉消毒劑后進(jìn)入清水池，最后通過供水管網(wǎng)送至各用水戶，供水站的流程如圖3所示。

圖3 凈水工藝流程

3 結(jié) 語

為有效解決農(nóng)村飲水工程的安全健康問題，以減少疾病和完善農(nóng)村人居環(huán)境，提高生活質(zhì)量與增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入，對(duì)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重要作用，是建設(shè)新農(nóng)村的重要組成部分。然而解決農(nóng)村飲水工程的安全健康問題的主要任務(wù)之一是選擇合適的凈水工藝。文章通過分析金溪鎮(zhèn)農(nóng)村飲水水質(zhì)狀況及凈水工藝的比選，金溪鎮(zhèn)農(nóng)村供水站推薦采用旋轉(zhuǎn)錯(cuò)流式陶瓷膜處理工藝。