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1、- 1 -膜法水处理技术在农村饮用水工程中的研究与应用董浩 1 董福平 2 杨新新 1（1.浙江省农田水利总站，浙江 杭州 310009；2.浙江省水利学会，浙江 杭州 310020）摘 要：浙江内陆地区农村饮用水工程存在服务对象分散、源水水质差、地形复杂等特点，而东南沿海及海岛地区具有资源型缺水，但滩涂水库亚海水资源丰富的现状，与城市供水之间有着明显的差异。本文着重论述了超滤技术在农村饮用水工程中的应用研究以及利用反渗透技术进行亚海水淡化的研究成果。关键词：膜；超滤（UF） ；反渗透（RO） ；饮用水；农村1. 概述浙江内陆地区农村饮用水工程存在服务对象分散、源水水质差、地形复杂等特点，而东
2、南沿海及海岛地区具有资源型缺水，但滩涂水库亚海水资源丰富的现状，与城市供水之间有着明显的差异。为 推广应用先进适用技术，多途径解决农村饮用水水源问题，我们开展了膜法水处理技术在农村饮用水工程中的研究与应用，取得了较好的效果。目前，国内外的饮用水处理技术主要有常规处理技术、强化常规处理技术、深度 处理技术、膜 处理技术等。传统的饮用水处理工艺一般 为：混凝沉淀过滤消毒，以去除水中的悬浮物、胶体颗粒物 为主，相 对受污染水源中溶解性有机物的去除能力则明显不足。同时，随着对消毒副产物、微生物指 标和内分泌干 扰物质研究的深入，人类对水质标准不断提升，部分常规 水处理技术已经无法适应需求。膜技术是 2
3、0 世纪水处理领域的关键技术，常用的膜技术包括微滤（Microfiltration，MF）、超 滤（Ultrafiltration， UF）、纳滤 （Nanofiltration，NF）、电渗析（Electro Dialysis，ED）和反渗透（Reverse Osmosis，RO）。该技术依据原水水质， 选用不同的膜来截留水中物质，所以它是一种严格的物理的和绝对的分离技术。表 1.1 显示了水中各种杂质的大小和去除它们所使用的分离方法。微滤是传统过滤法的直接延伸，属于亚微米 级范围，用以 过滤胶体和 细菌（10 -210-7m）；超滤比微滤晋升一级，可去除病毒和大分子量有机物质（10 -71
4、0-8m）；纳滤可去除小分子量（300）有机物及二价金属离子；反渗透需在高压（渗透）力下产生作用；电渗析是一种不同性质的工艺，它是用离子交换膜在 电动势的驱动下，去除溶液中的带电离子。膜 处理技术有以下基本性能： 它是一种物理 过滤作用，不需要加注药剂；它是一种绝对的过滤作用；它不 产生副 产品； 它运行的 驱动力是压力，容易实现自动控制。- 2 -表 1.1 膜法工艺适用范围与特点微滤 MF 超 滤 UF 纳滤 NF 反渗透 RO膜孔径 0.1-2.0 m 0.01-0.1 m 0.02 m 10 A操作压力 0.22 bar 15 bar 3.58 bar 742 bar56-84 bar
5、(海水)2. 超滤技术在农村饮用水工程中的研究与应用2.1 试验研究与示范工程建设2.1.1 试验目的与方法通过几个不同水源的超滤实验，来确定工艺流程是否可行。先取原水进行烧杯试验，以确定氧化剂和絮凝剂的加入量，然后用超滤组件试验，并对原水和产水进行分析。试验仪器包括实验装置和分析仪器：SFD-0.5 型超滤装置；HACH 公司 DREL2400、DREL4000 分光光度仪；waltron 公司 AI-7041-01-A02 硅分析仪；Ionics 公司 Sievers 820 TOC 仪；DIONEX 公司 ICS-2000 离子色谱仪；PE 公司 AA800 原子吸收分光光度仪；Agil
6、ent 公司 1100 高效液相色谱仪、6980-5973N 气相色谱-质谱联用仪；Beckman 公司颗粒分析仪 ；JEOL 公司 JSM-6360LV 电子扫描显微镜；PMI 公司 CFP-1500-AX 毛细 管流动孔径仪；SEO 公司 Phoenix300 接触角分析仪；micromeritics 公司ASAP-2020M 比表面和孔分析 仪等。2.1.2 试验结果对拟建水站的三份水源水（东苕溪、福山、基山）分别进行了 3 次小试，使用OMEXELL 小型超滤组件，氧化剂加入量为 5ppm、絮凝剂加入量 10ppm，工艺流程如图 1 所示。以上试验表明， “氧化絮凝超滤”工艺能很好的去
7、除浊度、铁、锰， 较好的去除CODMn，对氟化物也有一定的去除能力，产水口感好，经原水和超滤产水分析， 结果能盐蛋白质、病毒、胶体蛋白质、病毒杀虫剂颜料、胶体盐、胶体鞭毛虫、酵母盐、胶体盐细菌、悬浮物杀虫剂纯水- 3 -够满足饮用水的要求。图 1.试验工艺流程图2.2 示范工程建设湖州市妙西镇基山村是当地的贫困村，由于该村居住人口比较分散且附近水源地得不到有效保护，村民原来一直饮用经简单沉淀处理后不达标的河水。作为本次研究的试点工程项目，该水厂已正式投入运行。该工程主要指 标如下：（1）产水水质：经湖州市疾控中心检测化验，污染水源采用超滤膜处理后的产水水质各项指标均优于生活饮用水卫生标准GB5
8、749-85 的要求。（2）供水规模：该工程最大供水能力为 150T/d，除能满足基山村 150 户农户 525 人的饮水要求外还能解决周边地区其他 300 户农户约 1000 人左右的安全饮用水。（3）经济指标：目前工程总投资 50 万元，主要建设内容：新建膜法水厂 1 座，新建30T 高位水池 1 座，铺设各 类管道 12km。（4）操控性能：采用 PLC 全自动控制，操作 简单、使用方便。 （5）占地面积：本水厂占地面积 30 m2，远低于同规模 传统水厂面积。（6）运行费用：经试运行分析供水成本约为 1.20 元/m 3，其中：电费占 35.5 %，膜更 换费占 6.8%，药剂费占 6
9、.8%，水资源费占 4.1%，管网大修基金占 15.2%，管网漏损占 6.8%，设备及固定资产折旧占 5%，工资及福利占 6.1%，管理费税金及其它占 13.7%。2.3 推广应用情况据不完全统计，目前已有湖州市 1 个项目（15000T/d）、温岭 3 个项目（500T/d；1000T/d；10000T/d）、衢州 3 个项目（500T/d；2000T/d；3000T/d）、嘉兴 1 个（200T/d）、玉环 1 个（3000T/d ）、宁海 1 个（500T/d ）等不同水源地的项目在筹划中；瑞安、洞头、上虞、乐 清等地也即将开展相关前期工作。3. 利用亚海水淡化技术开辟农村饮用水源3.1
10、 海水淡化技术与发展应用海水淡化是将海水经过脱盐处理转化成淡水的工艺过程。海水淡化技术有 20 多种方法，广义上讲分为蒸馏 法和膜法两大类。蒸 馏法是将海水加热到可蒸发的状态，使海水蒸发，蒸发出的水蒸汽 经冷凝后回收就成为蒸馏水（即海水淡化水），最常用的方法原水（河水） 絮凝剂氧化剂 超滤泵超滤装置 产水- 4 -有多级闪蒸（MultiStage Flash，MSF）、多效蒸 发（MultiEffect Distillation，MED）和压汽蒸馏（Vapor Compression，VC）；膜法是对含盐水施以外界作用力使水分子通过膜形成淡化水，常用的方法有电渗析（Electro Dialys
11、is，ED）和反渗透（Reverse Osmosis，RO）两种方法。国际上海水淡化技术革新是从第二次世界大战起逐渐重视并投入研究，当时主要是研究蒸馏法进行海水淡化。至上世纪 60 年代，发展重点开始转向膜法（以反渗透为主）研究，至今已发展成较大的规模。反渗透亦称逆向渗透，是渗透的一种反向迁移运动，它主要是在压力推动下，借助半透膜的截留作用，迫使溶液中的溶剂与溶质分开的过程。反渗透设备主要由两部分组成，高 压泵和反渗透膜。在高压的情况下，除水分子以外，水中其它物质包括矿物质、有机物、微生物等几乎都被拒于膜外，并被高压水流冲出。渗透到另一方面的水即是安全、卫生的饮用水。我国从 20 世纪 50
12、年代开始研究海水淡化技术，已经成为世界上少数几个掌握海水淡化等资源利用先进技术的国家之一，产业发展的技术经济条件已经具备。但与国外先进水平相比，我国海水淡化技 术研究、创新能力以及产业化还存在着较大的差距。同 时，由于其成本水价与 现行水价仍有一定差距，目前尚处于逐步推广阶段。3.2 亚海水淡化技术研究我省有丰富的滩涂资源，现有滩涂面积 388 万亩，适宜围垦的约有 272 万亩，并且每年以近 4 万亩的速度自然淤涨。近几年来，我省每年 围垦滩涂面积在 5-8 万亩。全省通过围垦已建成库容 100 万 m3 以上的滩涂水库 16 座，面积 9 万余亩，增加蓄水库容近 2 亿方。 滩涂水库蓄淡以
13、后（ 亚海水）含盐量比正常的海水要低，但仍然无法成为常规工艺水厂的饮用水源，而且自然淡化的周期太长。采用海水淡化技术淡化亚海水，开 发淡水资源，无论在投资、能耗还是制水成本上都远低于海水淡化系统，具有 较高的经济性和实用性。试验装置安装在漩门二期水库西北部的玉环净水集团内，装置于 2004 年 11 月 19日开始试验，找出了水温、吨水电耗、进水电导、 产水电导等变化规律。为了能较准确地掌握在不同盐度下的实际能耗情况，并与经验动力消耗计算公式比较，从而可相对准确地模拟大规模亚海水处理装置的能耗，2005 年 1 月 5 日起在试验现场进行了不同盐度条件下的模拟试验。为了掌握漩门二期水库亚海水含
14、盐量在不同区域和不同水深的分布情况，在不同方位共定了 10 个取样点，并 对各取 样点进行了不同深度的取样。同 时，经过技术经济分析得出如下结果：当规模分别为 1000 吨、5000 吨、1 万吨、 2 万吨、2.5万吨时，工程水价分别为 4.34 元、 2.94 元、2.54 元、 2.38 元、2.33 元（具体分析过程如表3.1 所示）。亚海水处理工程吨水投资在规模达到 1 万吨以后，吨水投资与规模基本呈线- 5 -性关系，1 万吨以上规模为经济规模。相关技 术经济指标研究结果的取得， 为亚海水淡化技术试点项目的实施打下了基础。表 3.1 不同规模的亚海水淡化工程经济分析1000T/d
15、5000 T/d 10000 T/d 20000 T/d 25000 T/d总投资(万元) 510.1 1486.4 2530 4488.2 5538其中:设备(万元) 207 669.7 1269 2434 3154安装费用(万元) 38.7 85.1 194 371 405土建(万元) 88.9 270 413 675 786其他(万元) 100.7 242.5 282.7 349 379预备费及利息(万元) 75.5 219.2 371.3 662.2 814定员(人) 10 16 16 20 20占地面积(亩) 10 16 20 24 24电力增容(KVA) 125 500 1000
16、1600 2000运行成本(元/m 3) 2.45 1.71 1.57 1.51 1.48工程水价(元/m 3) 4.34 2.94 2.54 2.38 2.33吨水投资(元/m 3) 5101 2973 2530 2244 2215注:工程水价的测算按满足全部投资财务内部收益率 8%测算得出，贷款偿还期 16 年。目前，试验阶段成果和 1000T/d、5000T/d、1 万 T/d、2 万 T/d、2.5 万 T/d 反渗透亚海水淡化工程方案设计已经过专家咨询，即将开展示范工程建设。4. 结语膜技术被称为“21 世纪的水 处理技术” ，在 净水处理中具有广阔的应用前景。但是，对渗透物的后处理、膜组件的使用寿命、膜产品的合格率、渗透水水质、浓缩物结垢及处理等问题还需要进行跟踪研究和观察。同时， 还要 进一步研究探索不同膜工艺在农村饮用水领域的适用性，并加大先进适用技术的推广力度，以缓解水资源供
