膜法水处理技术在农村饮水安全中的应用研究.pdf 5页

'膜法水处理技术在农村饮水安全中的应用研究姚志春(兰州商学院，兰州730020)【摘要】膜法水处理技术已经成为西部缺水地区进行苦成水淡化、解决生活饮用水的主要方法之一。本文讨论了在农村饮用水处理中的几种膜工艺流程，分析了农村饮水处理中8套反渗透或纳滤膜苦成水淡化系统的工艺参数。结果表明膜法淡化高含盐量苦咸水，出水水质均可达到或优于国家生活饮用水卫生标准，可以解决缺水地区的生活饮用水问题。【关键词】农村饮水安全；膜技术；苦成水；淡化中图分类号：TV52文献标志码：A文章编号：1005-4774(2014)05-0061-05StudyonApplicationofMembraneWaterTreatmentTechnologyinRuralDrinkingWaterSafetyYA0Zhi—chun(LanzhouCommercialCollege，Lanzhou730020，China)Abstract：ThemembranewatertreatmenttechnologyhasbecomeoneofthemajormethodsfordesalinatingbrackishwaterandsolvingdrinkingwaterinwesternregionwithWaterdeficiency．Severalmembraneprocessflowsinruraldrinkingwatertreatmentarediscussedinthepaper．Theprocessparametersofeightsetsofreverseosmosisornano—filtrationmembranebrackishwaterdesalinationsysteminruraldrinkingwatertreatmentareanalyzed．Theresultsshowthatmembranemethodcanbeusedfordesalinationofbrackishwaterwithhighsaltcontent，outflowwaterqualitycanreachorexceednationaldrinkingwaterstandards，anddomesticdrinkingwaterproblemsintheregionwithwatersho~agecanbesolved．Keywords：ruraldrinkingwatersafety；membranetechnology；brackishwater；desalination膜技术是一门新兴的分离技术，在水处理领域已灵活，几乎可以适用于任何供水规模的净化处理，并且经得到了非常广泛的应用，水处理中常用的膜技术包后期的改扩建也很容易，较适用于农村分散型饮用水括微滤、超滤、反渗透和纳滤。通常可针对不同的原水处理；⑥膜装置的标准化、模块化与相对集约化，使水水质，选用不同的膜技术用于水净化、脱盐、去除水中厂的施工周期缩短，减少占地面积；⑧对进水水量和水的有害物质等。农村供水工程具有水源水质差、供质的适应性强，极大地增强了出水水质的可靠性；@主水量小、用户分散、技术经济管理水平不高等特征，将体设备可灵活转移，对洪涝、干旱、人为污染等水质突膜技术应用于农村饮用水处理，具有以下优点：⑧出水发事件有较好的应急能力；①工艺简单，运行方便，自水质好，可使群众喝上优质安全的饮用水；⑥供水规模动化程度高，符合农村的实际技术管理水平。。但·61· 一水利建设与管理2014年·第5期是，膜技术在农村饮水处理中也存在一些问题，笔者认1．2．2工艺说明为有必要对其进行深入的分析和研究。“预处理+反渗透脱盐+部分原水掺和”工艺在1农村饮用水净化膜处理工艺介绍苦咸水淡化制备生活饮用水时经常采用，一般采用一水资源紧缺一直是我国面临的主要问题，尤其是级二段的布置形式，系统运行压力较高。在该工艺中，西北地区，水资源极为匮乏。甘肃地处西北内陆腹地，将反渗透装置的出水与部分原水进行掺和，保证系统出多年平均降水量280．6mm，人均水资源量只有水的总溶解性固体不大于750mg／L，系统水利用率为1099m，不到全国平均水平的1／2。截至2010年底，全78％左右。出水水质均可达到或优于生活饮用水的指省饮水不安全人口985．66万。其中，水质不达标占标限值。当原水TDS含量在2000mg／L以下时，可采36％；水量不达标占24％；饮水方便程度不达标占用这种工艺。由于浓水的TDS含量可达到8000mg／L，21％；水源保证率不达标占19％。水质不达标人口中，第二段的膜组件可能会出现结垢问题。膜进水中必须氟超标71．25万人，砷超标2．73万人，苦咸水126．95添加一点量的阻垢剂以防止膜结垢。万人，汞镉铬铅超标3万人，污染水等其他水质问题1．3苦咸水纳滤软化工艺121．99万人，仅细菌学指标超标32．66万人。针对1．3．1设计工艺甘肃苦咸水、高氟水、浅层地下水水源的污染问题，膜预处理+纳滤软化工艺。法水处理技术是解决饮水安全问题的有效途径。在农1．3．2工艺说明村饮用水处理中常见的膜法水处理工艺有以下几种。“预处理+纳滤软化”工艺在苦咸水淡化制备生1．1高浓度苦咸水淡化工艺活饮用水时经常采用，一般采用一级二段的布置形式，1．1．1设计工艺系统运行压力较低。原水经预处理后进入纳滤装置进预处理+反渗透脱盐工艺。行脱盐，纳滤膜的脱盐率约为80％，可脱除水中绝大1．1．2工艺说明部分的二价离子及大分子有机物；纳滤装置出水的总“预处理+反渗透脱盐”工艺是我国苦成水淡化溶解性固体不大于500mg／L，水利用率为75％左右。最常用的工艺，一般采用一级二段的布置形式，系统运出水水质均可达到或优于生活饮用水的指标限值。当行压力高。在该工艺中，原水经预处理后进入反渗透原水TDS含量在2000～3000mg／L以下时，可采用这装置进行脱盐，反渗透膜的脱盐率大于97％，可脱除种工艺。由于浓水的TDS含量可达到8000～水中绝大部分的盐分及大分子有机物；反渗透装置出12000mg／L，第二段的膜组件可能会出现结垢问题。水的总溶解性固体不大于150mg／L，水利用率为70％膜进水中必须添加一定量的阻垢剂防止膜结垢。左右。出水水质均可达到或优于生活饮用水的指标限1．4苦咸水纳滤软化+部分原水掺和工艺值。当原水TDS含量在3000～5000mg／L时，可采用1．4．1设计工艺这种工艺。由于浓水的TDS含量可达到12000～预处理+纳滤软化+部分原水掺和工艺。20000mg／L，第二段的膜组件容易出现结垢问题。膜1．4．2工艺说明进水中必须添加阻垢剂防止膜结垢。“预处理+纳滤软化+部分原水掺和”工艺在苦1．2一般苦咸水淡化工艺咸水淡化制备生活饮用水时经常采用，一般采用一级1．2．1设计工艺二段的布置形式，系统运行压力较低。当原水TDS含预处理+反渗透脱盐+部分原水掺和工艺。量在1500mg／L以下时，可采用将纳滤装置的出水与部分原水进行掺和这种工艺。保证系统出水的总溶解性·62· 一水利建设与管理2014年·第5期a．预处理问题。反渗透或纳滤系统由反渗透膜落后地区而言，其制水成本有些偏高。为降低系统造(RO)或纳滤膜(NF)、高压泵及为保护膜而设置的保价和运行费用，可以采用反渗透或纳滤出水和原水掺安过滤器组成。保安过滤器内装有过滤孔径为5m和工艺。这种做法不但可以减少投资、降低运行费用，的滤芯。这些滤芯会过滤掉尺寸大于5Ixm的颗粒。而且系统出水水质仍可达到或优于生活饮用水的指标对工艺下游的RO膜或纳滤膜起到保护作用，否则膜限值。如上页表中项目1、2和4。表面极易结垢。目前较常用的渗透膜类别为聚酰胺d．膜的结垢防止问题。在农村饮水安全工程中，膜，膜型式为卷式复合膜，该种型式膜的除盐率可达原水往往是高浓度苦咸水，CaCO，、CaSO、SIO是膜结99．5％。由于RO膜易受水中pH值、余氯及水温的影垢的三种主要物质。防止CaCO、CaSO和SiO：的沉响，故RO膜运行前对进水水质有严格要求：pH值：3淀是运行维护的主要任务。在工程设计时，常在预处—10；余氯含量小于0．1mg／L；SDI15值小于5．0；水温理单元加酸调节pH值来防止CaCO的沉淀、加入阻垢小于45cc。以上任一指标超出范围，均有可能使渗透剂来防止CaSO的沉淀和通过提高进水温度或降低回膜产生变化，从而影响出水水质和缩短膜的使用寿命。收率来防止SiO，的沉淀。但由于原水中的各种离子是并且膜的种类不同对进水水质要求也有所不同。反渗随季节的变化而变化，特别是在水源改变后，变化更透或纳滤膜苦咸水淡化工程，必须针对具体的水源和大。因此，己投入运行的反渗透系统，对进水和排放水水质进行系统设计，设计时要特别注意水处理系统的需每半年进行一次全面分析，通过计算LSI指数、预处理工艺，一定要根据原水水质的不同进行预处理，CaSO浓度积来预测反渗透膜是否产生CaCO、CaSO以满足反渗透膜或纳滤膜对进水水质的要求，延长膜的沉淀是十分必要的。的使用寿命，保证系统的正常使用。e．运行维护问题。反渗透系统具有设备精密、运b．膜的选择问题。反渗透或纳滤膜苦咸水淡化行压力高的特点。该系统的运行状况将直接影响到最工程设计时应该重点考虑节能降耗，降低系统运行费终出水水质，故做好反渗透系统的维护工作显得尤为用。纳滤(NF)是一种低压反渗透。纳滤膜介于RO与重要。膜处理技术的系统维护问题较为突出，农村没UF膜之间，截留分子量为100～1000，在较低的压力下有技术人员，基本上所有农村都没有技术力量去对水具有较高的脱盐性能。对特定溶质如Ca、Mg、Na、SO：、处理设施进行运维。如果托管给专业公司进行运行维NH、NO、NO、F等具有更好的脱盐效果。同时，纳滤护，绝大部分农村不愿负担这部分费用。农村饮水安膜在饮用水领域主要脱除三卤甲烷中间体(加氯消毒全工程在建设水处理设施的同时，必须做好技术培训，时的副产物为致癌物质)、低分子有机物、农药、合成洗由农民对水处理设施进行正常运行维护。涤剂、砷等有害物质，加之出水效率高、能耗低、浓缩水f．水质问题。膜处理后的水既去掉了水中影响人排放较反渗透少，反渗透系统在苦咸水淡化中最突出体健康的有毒有害的物质，同时也去除了对人体十分的浓缩水排放及制水成本较高问题将会随着纳滤膜有益的矿物质和微量元素。长期饮用这类高纯度的饮(NF)的应用而解决，纳滤将是制取优质饮用水的有效水可能会对身体产生不良的负面效应。建议系统出水途径。。如果出水能达到设计要求指标，首先应该的TDS在500mg／L左右。考虑选用纳滤膜。纳滤膜的运行压力比反渗透膜低，g．膜技术在农村饮水安全处理中具有广阔的应可以减少能耗，从而降低系统运行费用。用前景。但是膜组件的使用条件和寿命、膜出水水质、c．膜工艺选择问题。从上页表可见，反渗透或纳膜结垢及防止等问题还需要进一步研究和观察。同滤膜水处理系统投资较大，运行费用较高，对西部经济时，还要进一步研究探索不同膜工艺在农村饮用水领·64· 姚志春／膜法水处理技术在农村饮水安全中的应用研究域的适用性，并加大先进适用技术的推广力度，以缓解和效益，改善农村饮水质量和卫生条件，确保饮水水资源供需矛盾，加快我国农村饮水安全问题的解决。安全。h．浓缩水的处理利用问题。目前，西部农村饮水b．利用膜处理技术为充分开发利用劣质水资源安全中用于苦咸水淡化的膜装置，系统出力多为15～开辟了一条新途径。40m／H，系统回收率多为50％～75％，系统运行每天c．在膜技术的应用过程中，存在处理膜选择、处以12h计，每天排放浓缩水180～480m。苦咸水淡化理工艺选择、预处理、膜的结垢防止、能耗及制水成本、系统排放的浓缩水TDS大都超过4000mg／L，甚或高达浓缩水的处理利用、冬季水处理设备间的保温和水处8000mg／L，不能用于农田灌溉和生活杂用，任其排放理设施运行和维护等方面的问题，必须妥善解决。在严重缺水的西部地区不但浪费水资源，而且会对生d．应该加大膜处理技术在苦咸水、高氟水等劣质态环境造成二次污染。浓缩水的处理与利用问题应当水净化处理上的应用研究，多途径地探讨农村饮水安妥善解决。全问题的解决方式，加快我国农村饮水安全问题的解i．水价问题。在膜法制水成本中，投资费和能耗决。费占绝大部分。能耗费用的大小和系统的进水温度、含盐量、回收率等操作条件有关。西部地区水温普遍参考文献较低，冬季室温很低，苦咸水的含盐量普遍较高，这就1谭永文，张维润，沈炎章．反渗透工程的应用及发展趋势[J]．膜科学与技术，2003，04(23)：114—119．导致能耗较高，加之设备开机率不高，最终致使制水成2李晶，岳恒，王建平，等．农村饮水安全现状分析及解决对策本增大，农村无法接受，制约了膜技术在苦咸水淡化中[J]．中国水利，2006(11)：26—29．的推广应用。3陈杰，陈清，陈良刚．膜技术在农村饮水工程中的应用[J]．中j．冬季水处理设备间的保温问题。反渗透或纳滤国水利，2007(10)：119—121．膜的使用条件要求进水温度在5～45℃。西北地区水4甘肃省水利厅．甘肃省农村饮水安全工程“十二五”规划报告[R]．2011(5)．温普遍较低，冬季气温很低，一般在零下几度到几十5尚天宠．反渗透技术在苦咸水淡化工程中的应用[J]．工业水度。如果不采取保暖措施，室温会降至零下。这样冬处理，1998，18(2)：33—36．季水处理设备间的保温就成了一个主要问题，必须妥6王振宇．膜技术在水处理中的应用前景[J]．环境保护科学，善解决。2005，31(2)：21—23．7王立新，郭颜威，王秀明．苦咸水淡化处理方法探讨[J]．安全k．农村饮水安全的长效机制。一般讲，农村缺水与环境工程，2006，1(13)：70-73．地区的经济都比较落后，对农民无法收取成本水价。8崔亚凡．反渗透技术在高氟苦咸水处理中的应用[J]．铁道标2013年国家农村饮水安全工程结束，没有了国家投准设计，2002(1O)：4446．资，水处理系统正常换膜的资金无法落实。因此，需要9尚天宠．膜分离技术在中国西部省区苦咸水淡化工程中的应研究农村饮水安全的长效机制，保证国家农村饮水安用[J]．净水技术，2000，02(26)：29—34．10郑祥．膜技术在农村饮用水中的应用现状与未来[J]．水工全工程建设的水处理系统能长期安全运行。业市场，2009(06)：15-18．4结语11王劲松，张鹤鹏．膜处理技术在农村饮水安全中的应用[J]．a．膜技术作为一种新的水处理技术，在苦咸水、湖北农业科学，2009，8(48)：56—58．高氟水等劣质水净水处理中具有广阔的应用前景。利12申屠勋玉，赵丹青．膜法水处理技术在农村饮用水中的应用用膜处理技术，是从根本上解决广大农民群众饮水安[J]．水工业市场，2011(06)：19-24．全问题的有效途径之一，可充分发挥饮水工程的作用·65·'