反滲透膜分離處理技術(shù)在華亭縣城鎮(zhèn)飲用水水質(zhì)改善工程中的應(yīng)用

陳　娟，徐建萍，趙瑞英，蘇軍軍（甘肅省平?jīng)鍪腥A亭縣水務(wù)局，甘肅　華亭　744100）

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反滲透膜分離處理技術(shù)在華亭縣城鎮(zhèn)飲用水水質(zhì)改善工程中的應(yīng)用

陳娟，徐建萍，趙瑞英，蘇軍軍
（甘肅省平?jīng)鍪腥A亭縣水務(wù)局，甘肅華亭744100）

摘要：通過(guò)對(duì)華亭礦區(qū)生活飲用水水源地的水資源量、水質(zhì)、水壓狀況分析，進(jìn)行現(xiàn)狀需水量探討和遠(yuǎn)期需水量預(yù)測(cè)，采用反滲透膜分離處理技術(shù)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行處理，結(jié)果表明該工藝流程在降低水中總硬度、鐵、錳、鈣、鎂等指標(biāo)的同時(shí)能有效改善水質(zhì),提升了生活飲用水的質(zhì)量，滿足廣大群眾的生活需求，更好地適應(yīng)了華亭縣社會(huì)、經(jīng)濟(jì)事業(yè)的快速發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：反滲透膜分離技術(shù)；飲用水；水質(zhì)改善

1　水資源概況及水質(zhì)改善的必要性

華亭縣屬甘肅平?jīng)龅貐^(qū)，位于甘肅省東南部，關(guān)山（小隴山）東麓，東靠崇信縣，南接陜西省隴縣，西與莊浪縣、天水市相接，西北與寧夏回族自治區(qū)接壤。華亭縣縣城是以煤炭工業(yè)和能源化工產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)為主，加快發(fā)展高新技術(shù)和旅游、商貿(mào)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化小城市。

華亭縣城區(qū)至2010年底實(shí)際居住人口為7.1萬(wàn)人，城區(qū)建成區(qū)面積308.04hm2,人均99.3m2。城區(qū)規(guī)劃近期（2020）年9.3萬(wàn)人，用地規(guī)模460hm2，遠(yuǎn)期（2030）年11.5萬(wàn)人，用地規(guī)模為766hm2。

華亭縣城區(qū)自來(lái)水供水主要由西華水廠承擔(dān)，該廠建于1998年，設(shè)計(jì)供水能力20000m3/d，供水水源由西華水源和馬峽養(yǎng)馬寺水源組成，其中西華水源在豐水期產(chǎn)水量為9000m3/d，而在枯水期產(chǎn)水量?jī)H為6000m3/d。馬峽養(yǎng)馬寺水源在豐水期產(chǎn)水量為7000m3/d，在枯水期產(chǎn)水量?jī)H為4500m3/d。目前城區(qū)日用水量為9500～10500m3/d，目前水源的供水量基本可以滿足用水需求。西華水廠現(xiàn)有500m3清水池2座。

目前水廠水處理采用常規(guī)的加氯消毒工藝，供水水質(zhì)經(jīng)國(guó)家水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)蘭州監(jiān)測(cè)站化驗(yàn)檢測(cè)，符合國(guó)家GB5479-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)自來(lái)水質(zhì)的要求也越來(lái)越高，為了保障人民群眾的身體健康和提高人民群眾的生活質(zhì)量，縣委縣政府高度重視，要求對(duì)西華水廠的水質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步深度處理。

2　城區(qū)需水量預(yù)測(cè)和供水規(guī)劃

2.1規(guī)劃依據(jù)

（1）《華亭縣縣城總體規(guī)劃》（2）《華亭縣西華區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》（3）《華亭縣“十五”及2015年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展基本思路》。

2.2規(guī)劃規(guī)模

（1）人口規(guī)模：至2030年為13.3萬(wàn)人（2）供水用量：28000m3/d。

2.3需水量預(yù)測(cè)

根據(jù)《華亭縣縣城總體規(guī)劃》（1999-2010年），2020年規(guī)劃區(qū)規(guī)劃人口為11.5萬(wàn)人，而目前城區(qū)人口為7.1萬(wàn)人。

2.3.1現(xiàn)狀需水量

根據(jù)華亭縣自來(lái)水公司提供的實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)資料，目前城區(qū)日用水量為9500～10500m3/d。

2.3.2遠(yuǎn)期需水量預(yù)測(cè)

根據(jù)《華亭縣縣城總體規(guī)劃》（1999-2010年），2010年規(guī)劃區(qū)規(guī)劃人口為11.5萬(wàn)人，即遠(yuǎn)期需水量按此人口數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（1）綜合生活用水量（Q1）。根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50016-2006）,甘肅省華亭縣二區(qū)，最高日綜合生活用水定額為150-240L/人.日，考慮西部地區(qū)用水實(shí)際及當(dāng)?shù)氐挠盟?xí)慣，即遠(yuǎn)期用水定額取150L/人.日，計(jì)算人口為11.5萬(wàn)人，則綜合生活用水量為：Q1=115000×0.15=17250m3/d。

（2）工業(yè)企業(yè)用水量（Q2）根據(jù)全省工業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)，一般工業(yè)用水量約占生活用水量的20%～40%，由于缺少工業(yè)用水量的統(tǒng)計(jì)，考慮到華亭縣工業(yè)用水的實(shí)際情況，工業(yè)用水量遠(yuǎn)期按生活用水量25%考慮。則工業(yè)企業(yè)用水量為：Q2=17250×0.25= 4312.5m3/d。

（3）澆灑道路和綠地用水（Q3）。按生活用水量的10%計(jì)算，則：Q3=17250×0.1=1725m3/d。

（4）管網(wǎng)漏損水量（Q4）。根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》，管網(wǎng)漏水量按上述3項(xiàng)水量（23287.5m3/d）的10%～12%計(jì)算，取10%，則：Q4=2329m3/d

（5）未預(yù)見(jiàn)水量（Q5）。根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》按上述4項(xiàng)水量的8%～12%計(jì)算，取8%，則Q5=0.08（Q1+Q2+Q3+Q4）=27665.5m3/d。

（6）總用水量（Q）Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=27665.5m3/d

（7）消防用水。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006,縣城遠(yuǎn)期人口達(dá)到11.5萬(wàn)人，同一時(shí)間內(nèi)火災(zāi)次數(shù)按2次考慮，一次滅火用水量應(yīng)為2×45L/S,2h的用水量為648m3。

3　水質(zhì)及水壓

3.1水質(zhì)情況

進(jìn)入凈水廠的原水來(lái)自西華水源和馬峽水源，依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告，其兩水源水質(zhì)均達(dá)到“生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”（GB5479-2006）的要求，是良好的飲用水源。

3.2供水水壓

華亭縣城區(qū)配水管網(wǎng)按滿足六層樓的水壓要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，即配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)的水壓不小于28m，華亭縣城區(qū)原則上少建高層建筑，個(gè)別高層建筑及對(duì)水壓要求較高的工業(yè)企業(yè)，則自行加壓解決。配水管網(wǎng)中的消防給水管與生產(chǎn)、生活給水管道合建，并采用低壓消防系統(tǒng)，既在發(fā)生火災(zāi)時(shí)最不利點(diǎn)的消火栓水壓不小于10m水柱。消防用水量貯存在凈水廠清水池。

4　反滲透膜分離處理技術(shù)凈水工藝方案的確定和設(shè)計(jì)

4.1凈水工藝確定原則

本工程取水水源為地下水，其特點(diǎn)是水質(zhì)較好，只是考慮對(duì)水質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的深度處理。因此凈水工藝選擇應(yīng)遵循以下原則：（1）能進(jìn)一步去除水中鈣鎂離子、更小的無(wú)機(jī)離子與有機(jī)物等（2）能保證出水水質(zhì)改善提高（3）工藝先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，操作方便，運(yùn)行可靠，適當(dāng)提高自動(dòng)化程度，盡量采用新技術(shù)、新材料及新設(shè)備，盡量節(jié)約能源，降低運(yùn)行費(fèi)。

4.2凈水工藝方案

深度處理通常是指在常規(guī)處理后，采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǎ瑢⒊Ｒ?guī)處理工藝不能有效去除的污染或消毒副產(chǎn)物的前體物加以去除，提高和改善飲用水水質(zhì)。目前應(yīng)用較為廣泛的深度處理技術(shù)主要有：活性炭吸附、臭氧氧化、生物活性炭及膜處理技術(shù)等。

臭氧氧化、生物活性碳處理工藝主要以去除有機(jī)污染物、異臭、色度等為主，對(duì)氫類等石油產(chǎn)品具有明顯的吸附作用，對(duì)植物性臭、魚(yú)腥臭、霉臭、土臭、芳香臭（苯酚臭和氨臭）等幾乎各種發(fā)臭的原水都有很好的處理效果。

膜分離技術(shù)是利用具有選擇分離性的有極高分子材料或無(wú)機(jī)材料，制成不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的膜，在一定驅(qū)動(dòng)力（壓力差、濃度差和電位差等）作用下，使雙元或多元組分的特定組分因透過(guò)膜的速率不同而達(dá)到分離或特定組分分富集的目的。膜分離技術(shù)的特點(diǎn)如下：（1）無(wú)試劑加入，無(wú)額外材料消耗，無(wú)需再生，無(wú)二次污染，可連續(xù)操作。（2）能充分利用工業(yè)壓力源作為膜分離的推動(dòng)力，物料僅通過(guò)簡(jiǎn)單地流經(jīng)膜表面即可達(dá)到分離或濃縮的目的。（3）工藝兼容性強(qiáng)，易于相關(guān)工藝配套，能因地制宜地滿足多樣化的工藝組合要求。（4）模塊組合方式，即可滿足集中應(yīng)用，又可進(jìn)行單元操作，不受場(chǎng)地和自然環(huán)境的限制。（5）常溫操作，投資少，能耗低，回收率高、無(wú)公害。（6）設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占據(jù)空間小，工藝簡(jiǎn)單，組裝方便，容易操作。（7）一般不需相變和化學(xué)變化即可達(dá)到分離的目的。

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于濁度和細(xì)菌可用微孔精濾膜去除，對(duì)于天然有機(jī)物，可用超濾膜去除，納濾膜可去除水中的鈣鎂離子、消毒副產(chǎn)物、農(nóng)藥、表面活性劑等，反滲透膜則對(duì)去除砷、氟化合物、硫酸鹽、苦堿水淡化等效果顯著，對(duì)處理硝酸鹽、亞硝酸亞、溶解性總固體、氯化物、硫酸鹽、色度等感官問(wèn)題的指標(biāo)也有很好的處理效果。目前國(guó)內(nèi)在較小范圍的優(yōu)質(zhì)水供應(yīng)系統(tǒng)及瓶裝水處理處理系統(tǒng)已普遍采用了反滲透膜處理技術(shù)。

反滲透膜處理技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)、最節(jié)能、效率最高分離技術(shù)。作為一種新的軟化技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于海水淡化、工業(yè)用水（如中低壓鍋爐用水）的制取以及純凈水的制備領(lǐng)域。與離子交換法相比，反滲透出水水質(zhì)優(yōu)，無(wú)污染、自動(dòng)化程度高、占地面積省，反滲透無(wú)需再生。根據(jù)原水分特征和出水要求選擇合適的反滲透膜進(jìn)行優(yōu)化配置，可充分發(fā)揮出高效低耗的優(yōu)越性。從膜處理技術(shù)的發(fā)展看，反滲透應(yīng)用于飲用水的凈化已經(jīng)較為成熟。

本工程的水源為地下水，目前水質(zhì)符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，本次工程的目的是進(jìn)一步降低水中的溶解性總固體、氯化物、硫酸鹽、總硬度等指標(biāo)，使水質(zhì)進(jìn)一步提高，因此采用反滲透膜處理工藝是較為適合。

通過(guò)以上論述，本工程采用反滲透膜膜分離處理技術(shù)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步處理，使水質(zhì)得到改善提高。

4.3凈水工藝設(shè)計(jì)

4.3.1設(shè)計(jì)規(guī)模

設(shè)計(jì)規(guī)模是指本次采用反滲透膜分離處理技術(shù)的日處理量，由于反滲透膜處理工藝相對(duì)處理成本較高，如將所有的日用水量都進(jìn)行反滲透膜分離處理，則將會(huì)較大的提高改善飲用水的水質(zhì)，如將全部供水都進(jìn)行深度處理，則也會(huì)造成較大浪費(fèi)，因?yàn)榫用翊蟛糠值挠盟恐饕迷谙匆?、洗菜、做飯等。因此?huì)造成較大的浪費(fèi)，因此，綜合考慮運(yùn)行成本、工程投資、工程社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，決定對(duì)部分水進(jìn)行反滲透膜處理，然后將處理后水與地下水進(jìn)行混合，這樣既提高了水質(zhì)，也降低了運(yùn)行成本，經(jīng)對(duì)上述成本、投資及工程效益的綜合分析考慮，擬將反滲透膜分離處理流量確定為3000m3/d。

4.3.2設(shè)計(jì)原則

（1）技術(shù)先進(jìn)，反滲透技術(shù)是目前非常成熟的水處理技術(shù)，產(chǎn)水量可以得到有效的保證，這在同類大中型項(xiàng)目已得到成功的應(yīng)用。（2）工藝合理、節(jié)能環(huán)保，本系統(tǒng)是根據(jù)提供的水質(zhì)為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的工藝計(jì)算，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到水資源的回收和利用，減少?gòu)U水排放量。（3）安全可靠，系統(tǒng)具有非正常工況的保護(hù)功能，具有動(dòng)手/自動(dòng)控制功能、PLC控制。系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備與部件（如計(jì)量泵、膜組件等）選用進(jìn)口產(chǎn)品，其他選用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品牌產(chǎn)品。

4.3.3設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）設(shè)計(jì)水溫≥15℃。（2）進(jìn)水水質(zhì)：詳見(jiàn)附表水質(zhì)檢測(cè)單。（3）設(shè)計(jì)規(guī)模為兩組，每組65m3/h。

4.3.4主要工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明

（1）進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)對(duì)比分析，見(jiàn)表1。進(jìn)水水質(zhì)，水質(zhì)全分析數(shù)據(jù)詳見(jiàn)附表水質(zhì)檢測(cè)單，本工程根據(jù)兩水源的水質(zhì)進(jìn)行分析平均后的主要數(shù)據(jù)如下。出水水質(zhì)，RO裝置產(chǎn)水水量：2×65m3/h。產(chǎn)水水質(zhì)如下表（設(shè)計(jì)值），實(shí)際可能有偏差，實(shí)際溶解性總固體(mg/L)≤30。

表1　進(jìn)水水質(zhì)、出水水質(zhì)對(duì)比分析表

（2）系統(tǒng)處理量和容量，見(jiàn)表2。

表2　系統(tǒng)處理量和容量

5　反滲透膜分離技術(shù)在華亭縣飲用水水質(zhì)改善工程中的社會(huì)效益和前景分析

5.1社會(huì)效益

通過(guò)四年來(lái)的反滲透膜分離技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對(duì)全縣城鎮(zhèn)供水水源地馬峽養(yǎng)馬寺、西華水源地水質(zhì)的深層次凈化，使全縣城鎮(zhèn)居民生活用水水質(zhì)得到根本性改善。一是城鄉(xiāng)供水保證率更高了，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水保障程度更高了，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和居民生活水準(zhǔn)自然提高了；二是該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，讓華亭縣城區(qū)居民不再為飲用水水質(zhì)問(wèn)題而糾結(jié)，徹底解決了因工礦業(yè)污染致使飲用水水質(zhì)不良問(wèn)題引發(fā)的矛盾和焦慮，進(jìn)一步提升了居民的生命質(zhì)量和生活水準(zhǔn)；三是通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)在西華水源地、馬峽養(yǎng)馬寺水源地的成熟運(yùn)用，目前已經(jīng)推廣到馬峽孟臺(tái)、車廠溝、蒼溝水源地、安口劉家莊等四個(gè)水源地，供華亭煤業(yè)集團(tuán)公司的各礦區(qū)、華亭電廠、西華電廠、中煦公司等大型企業(yè)單位的職工生活用水，節(jié)省了以上工礦企業(yè)單位因水質(zhì)問(wèn)題從外地調(diào)運(yùn)飲用水的費(fèi)用，降低了生產(chǎn)生活成本，提高了勞動(dòng)效率，解決了水費(fèi)繳納不及時(shí)、收費(fèi)難的問(wèn)題。四是切實(shí)有效的實(shí)現(xiàn)了水資源節(jié)約開(kāi)發(fā)利用與管護(hù)，為區(qū)域上下游水資源有效持續(xù)開(kāi)發(fā)利用和縣域經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康長(zhǎng)久發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

5.2前景展望

經(jīng)過(guò)反滲透膜分離技術(shù)在華亭縣城區(qū)飲用水水質(zhì)改善中的應(yīng)用，對(duì)于解決華亭縣水資源管理系統(tǒng)不完善、宏觀管理粗放、飲用水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、生態(tài)環(huán)境調(diào)查、生態(tài)環(huán)境變化、水資源科學(xué)細(xì)化管理和生態(tài)環(huán)境改善具有重要作用。反滲透膜分離技術(shù)為華亭縣飲用水水質(zhì)提升探明了方向。通過(guò)在西華、馬峽養(yǎng)馬寺城區(qū)水源地中成功運(yùn)用，把華亭縣飲用水水質(zhì)改善工程推上了新的高度，在華亭縣近幾年水資源開(kāi)發(fā)利用中，由于農(nóng)村安全飲水工程的全面實(shí)施，新開(kāi)發(fā)的馬峽車廠溝水源地、孟臺(tái)水源地、蒼溝水源地和紅崖山水廠、牛舌堡水廠等以及全縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展十三五規(guī)劃中提出的上關(guān)小川水源地都將以已建水質(zhì)凈化工程為依托，在此基礎(chǔ)上尋求新突破，建立新的水質(zhì)改善理念，而通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)近四年的實(shí)施和運(yùn)行，目前已經(jīng)非常成熟，在不斷降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，進(jìn)一步提高產(chǎn)水量和產(chǎn)水效率，不斷節(jié)約水資源，為實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理提供了根本性保障和技術(shù)措施。隨著現(xiàn)代化步伐的加快，城鎮(zhèn)飲用水水質(zhì)全面改善和農(nóng)村生活飲用水水質(zhì)提升也迫在眉睫，自來(lái)水化縣的進(jìn)一步深入和農(nóng)村飲水安全工程的改造提升，對(duì)水質(zhì)的要求也越來(lái)越高。因此，對(duì)全縣的飲用水水質(zhì)改善有著非常重要的意義。該項(xiàng)目對(duì)周邊縣市的飲用水水質(zhì)改善和人民生活質(zhì)量的提升提供了技術(shù)和推廣經(jīng)驗(yàn)。反滲透膜處理技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)、最節(jié)能、效率最高分離技術(shù)。作為一種新的軟化技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于海水淡化、工業(yè)用水的制取以及純凈水的制備領(lǐng)域。與離子交換法相比，反滲透出水水質(zhì)優(yōu)，無(wú)污染、自動(dòng)化程度高、占地面積省，反滲透無(wú)需再生。根據(jù)原水分特征和出水要求選擇合適的反滲透膜進(jìn)行優(yōu)化配置，可充分發(fā)揮出高效低耗的優(yōu)越性。從膜處理技術(shù)的發(fā)展看，在環(huán)境保護(hù)和水資源再生方面異軍突起，在環(huán)境工程，特別是廢水處理和中水回用方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

中圖分類號(hào)：P342+.4