農(nóng)村飲用水處理工程提標改造設計

文_周文佳 山西中瑋環(huán)能集團股份有限公司

山西省飲用水資源匱乏，因此礦區(qū)農(nóng)村飲用水水源多為地下水，其硬度和總?cè)芙庑怨腆w含量較高。目前，常規(guī)的飲用水處理技術(shù)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(tǒng)實現(xiàn)了對飲用水水源的深度處理，為農(nóng)村提供了一種安全而有效的飲用水處理工藝技術(shù)。

1 飲用水處理工程現(xiàn)狀介紹

1.1 基本情況

飲用水處理工程供水水質(zhì)見表1。

表1 飲用水處理工程供水水質(zhì)

該飲用水處理工程位于山西中東部礦區(qū)的鎮(zhèn)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(qū)內(nèi)企業(yè)職工的生活用水問題。工程設計為分級、分壓、統(tǒng)質(zhì)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(nèi)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(tǒng)至高位蓄水池，調(diào)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(jù)該地規(guī)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(xiàn)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(wèi)生標準》（GB5749-2006），需進一步處理。

2 提標改造技術(shù)方案

通過對該飲用水處理工程現(xiàn)狀進出水水質(zhì)、現(xiàn)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(zhì)達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006），現(xiàn)有工藝難以實現(xiàn)這一目標，因此需要新建一座安全飲水處理站。建設規(guī)模：供水量2400m3/d。主要建設內(nèi)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(zhì)過濾→納濾膜系統(tǒng)→消毒→輸配水管網(wǎng)。

本次提標改造工程主要兩部分：對現(xiàn)有構(gòu)筑物的改造；新增深度處理設施及配套的預處理構(gòu)筑物。至于2眼深井供水能力不能滿足長期規(guī)劃（供水量2400m3/d），當?shù)刈〗ň衷黾?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(wǎng)，上述兩部分內(nèi)容未包含在該項提標改造工程內(nèi)。

2.1 現(xiàn)狀構(gòu)筑物改造

本次提標改造工程前，在綜合利用原有構(gòu)筑物的前提下，對現(xiàn)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(jié)合國內(nèi)外飲用水處理工程提標改造的設計運行經(jīng)驗，推薦采用出水水質(zhì)優(yōu)良、節(jié)省用地且具有優(yōu)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(qū)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(zhì)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(tǒng)。

預處理保障，新增清洗系統(tǒng)主要對納濾膜系統(tǒng)進行清洗，同時新增鼓風機1臺，主要用于多介質(zhì)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(qū)農(nóng)村飲用水處理工程現(xiàn)狀加氯消毒系統(tǒng)無需改造，維持現(xiàn)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(zhì)過濾器

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

（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(zhì)過濾器的產(chǎn)水，并且為后續(xù)納濾膜系統(tǒng)提供進水的構(gòu)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(zhì)過濾器的產(chǎn)水，又為后續(xù)納濾系統(tǒng)提供進水的構(gòu)筑物。

（2）裝置組成

容積為70m3（1座，材質(zhì)SS304）。

3.5 納濾膜系統(tǒng)

納濾膜主要運用于飲用水和工業(yè)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(shù)，當系統(tǒng)中所加的壓力大于溶液滲透壓時，水分子不斷地透過膜，經(jīng)過產(chǎn)水流道流入中心管，然后由產(chǎn)水管輸送至產(chǎn)水池。進水中的雜質(zhì)，如離子、有機物、細菌、病毒等被截留在膜的進水側(cè)，由濃水管排出。

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

納濾膜脫鹽性能參數(shù)：納濾系統(tǒng)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(nèi)）；納濾膜系統(tǒng)凈產(chǎn)水量≥2400m3/d（三年內(nèi)產(chǎn)水率≥75%）。

（1）設置目的

納濾膜裝置是整個系統(tǒng)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(zhì)等。

（2）裝置組成

納濾膜元件選擇透水量大、脫鹽率高、化學穩(wěn)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(jīng)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(shù)見表2。

3.6 膜加藥系統(tǒng)

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(jiān)視系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)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(nèi)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(diào)節(jié)，以滿足不同運行條件。

3.7 清洗系統(tǒng)

清洗系統(tǒng)主要是為了及時清洗納濾膜表面的污染物質(zhì)，保證納濾膜系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行而設置。清洗系統(tǒng)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(tǒng)產(chǎn)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(xiàn)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(xù)穩(wěn)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(tǒng)濃水送至濃水池，根據(jù)濃水水質(zhì)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(jù)用戶需求和用途，合理確定回用水的水質(zhì)和水量，按照經(jīng)濟合理和安全衛(wèi)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(yè)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(yè)的工業(yè)用水。

4 工程投資及運行效果

本礦區(qū)農(nóng)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(zhì)達到且優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）。

目前，本礦區(qū)農(nóng)村飲用水改造工程已建成試運行，出水水質(zhì)穩(wěn)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(zhì)指標如表3所示。

試運行期間，農(nóng)村飲用水處理工程水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示，出水水質(zhì)雖在一定范圍內(nèi)有波動，但各項指標均能穩(wěn)定達到且優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）。

表2 配套設備及主要設計參數(shù)

表 3 農(nóng)村飲用水改造工程試運行進出水水質(zhì)

5 結(jié)語

北方礦區(qū)農(nóng)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?cè)芙庑怨腆w、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(zhì)優(yōu)良、運行穩(wěn)定和節(jié)省用地且具有優(yōu)越的去除總?cè)芙庑怨腆w、總硬度和硫酸鹽功能。項目的實施對于農(nóng)村、缺水地區(qū)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(qū)的首次應用。