反渗透技术在农村供水中的应用

李永强，李永生，张 宪

（金乡县水务局，山东 金乡 272200）

1 金乡县农村供水现状及存在问题

金乡县地处中国东部的鲁西南平原腹地，总面积886km2，总人口62万。2004年底，金乡县农村饮水含氟超标人数有18.67万人；苦咸水人数21.11万人；饮水基本安全人数15.19万人，普及率27.6%，其中自来水受益人数7.6万人，普及率13.8%。

近年来，金乡县委、县政府对解决农村饮水困难工作非常重视，加大了投资力度，仅2005—2007年根据山东省村村通自来水工程建设的要求，新建集中供水工程41处，564个行政村45.3万人吃上了自来水，村庄自来水普及率达到92.4%，其中解决饮水不安全人口29.88万人，基本达到饮水安全标准。

1.1 农村供水设施情况及供水能力

金乡县目前农村集中供水所用水源均为深层地下水。深层地下水水质60%左右水源基本符合国家农村饮水安全标准，40%水源还达不到国家农村饮水安全标准，甚至与国家生活饮用水卫生标准还有很大差距。有的直接提取地下水供水到户，无净化设施。人均日生活用水量为60～80L，供水工程管理方式都是以个人经营为主，一般管理人员1～2人，没有水质检验能力。水价制定根据保本微利的原则制定，受村委会监督，在0.8～1.5元/m3之间。由于深层地下水补给困难，储量有限，通过几年的运行已出现水量减少，水质变差现象。

1.2 农村饮水安全面临的主要问题

根据调查摸底和水质抽检情况，金乡县农村饮水不安全因素主要是水质问题。据2009年对农村饮水水源调查结果，在金乡县中部、西部、西北部地区，80%的水质超过国家饮用水水质标准，主要是水中含盐量较高，以硫酸盐、氯化物为主，溶解性总固体、总硬度超标，个别地区含氟量超标。危害主要表现为水质较咸、苦、涩，喝过之后使人肠胃不适。

2 水处理技术的应用

针对金乡县供水水源硫酸盐、含氟量、总硬度超标问题。聘请有关专家进行了专题论证，针对供水水质不是单一性指标超标，决定采用反渗透膜技术进行水质处理和自动化控制，使水质达到国家饮用水卫生标准。

2.1 净水工艺流程

根据原水水质分析资料，其水质硫酸盐和溶解性总固体超标，其他指标均能满足国家生活饮用水卫生标准，为保证能够提供优质饮用水。工艺方案考虑采用膜处理技术，以去除硫酸盐和溶解性总固体，为减少处理成本，采用深度处理水与原水混合的方式。为防止在输配送过程中被二次污染，根据国家生活饮用水卫生标准的要求，需采取加氯消毒措施。按照此要求，水厂主要建、构筑物有清水池、吸水井、二级泵房、加氯间、膜车间及连接管线。初步拟定该工程工艺流程如下：

水源来水一部分直接进入清水池，另一部分进入膜深度处理车间进行净化，净化出水再同原水混合，进入清水池，消毒后，由二级泵站打入市政管网。

2.2 消毒工艺的确定

消毒的目的主要是利用物理或化学的方法杀灭水中的病原微生物，以防止其对人类及畜禽的健康产生危害和对生态环境造成污染。

消毒方法大体上可分为物理法和化学法两大类。物理法是应用热、光波、电子流等来实现消毒作用的方法。在目前的消毒处理中，采用或研究的物理法有加热、冷冻、辐射、紫外线以及高压静电、微电解消毒等方法。化学法是通过向水中投加化学消毒剂来实现消毒作用的方法。常用的化学消毒剂有氯及其化合物、各种卤素、臭氧、重金属离子等。目前国内常用的给水消毒包括液氯消毒和二氧化氯消毒法。

采用二氧化氯消毒其特点是危险性小，对环境影响较小，消毒副产物少，但运行成本相对较高。

液氯消毒，其特点是液氯成本低、工艺成熟、效果稳定可靠，但其消毒副产物越来越引起人们的关注。因此本工程建议采用二氧化氯消毒。

2.3 深度处理工艺的确定

根据水源地水质检测报告显示，硫酸盐、溶解性总固体超标，去除溶解性总固体、硫酸盐的主要方法是膜技术：反渗透、纳滤，两者的特点比较如下：

2.3.1 纳滤主要特点

1）纳滤是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。

2）纳滤膜的主要特点是对二价离子、功能性糖类、小分子色素、多肽等物质的截留性能高于98%，而对一些单价离子、小分子酸碱、醇等有30%～50%的透过性能，常被应用于溶质的分级、溶液中低分子物质的洗脱和离子组分的调整、溶液体系的浓缩等物质的分离、精制、浓缩工艺过程中。

3）部分溶解性总固体能穿透膜材料。适用条件：基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。制水成本为 1.1～1.3元/t。

2.3.2 反渗透主要特点

1）反渗透是利用反渗透膜只能透过溶剂(通常是水)而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。

2）反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便、运行可靠等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术。

3）对水中所有离子进行截留。

4）所需动力较纳滤高。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。制水成本为1.5～1.8 元/t。

通过比较分析，本工程采用 “预处理+单级反渗透”水处理工艺，该方案设计合理、运行稳定、产水的品质满足要求，并已在多项类似工程中得到应用。

反渗透设备具有安装、使用、操作、维护方便，运行稳定、节能、环保、自动化程度高，经济实用等特点。因此建议采用“预处理+单级反渗透”深度处理工艺。

3 工程实例

金乡县目前已建成反渗透膜技术水处理工程6处，以马庙镇益康供水站为例，经对金乡县马庙益康井水水样分析检测，该井水超标项目及其超标倍数如表1所示。

因该水源属极高硬度、高硫酸盐型苦咸水，溶解性总固体、总硬度、硫酸盐、严重氯化物超标，要使其处理后的水质达到国家饮用水标准GB5749—2006，必须对其进行软化、脱盐等工艺深度处理。对此采用了反渗透技术。在进入反渗透处理之前，需对原水先进行部分软化、除铁锰、除浊等预处理，使其符合反渗透膜系统的进水要求。

3.1 预软化（部分软化）和吸附过滤

为防止难溶盐如碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙等硬度构成盐分在反渗透系统内因浓缩而结晶析出，形成垢物，以及悬浮物、胶体等对膜的污染，保证反渗透系统长期稳定运行，需对原水进行预软化（部分软化）和吸附过滤。

为保证反渗透系统长期稳定运行，采用多介质吸附过滤器，滤料选用公司专有的天然矿物质多功能净水滤料和石英砂、无烟煤，可达到预软化、去除悬浮物和胶体的多重效果。

3.2 pH调节和投加阻垢剂

为了进一步确保反渗透系统长期稳定运行，对极高硬度、高硫酸盐型苦咸水，需调节pH和投加阻垢剂以防止难溶盐在膜系统内沉淀结垢。

3.3 反渗透系统

1）精密过滤器。为了防止细小悬浮物和胶体进入反渗透系统，反渗透设备前安装精密过滤器，防止各种微粒进入高压泵和膜元件。

2）高压泵。为RO系统提供必要的压力，系统采用不锈钢立式多级离心泵。

3）反渗透膜元件。反渗透膜元件采用性能优越的复合膜组件，具有面积大、水通量大、操作压低、单根脱盐率高（99.5%）、稳定性好的优点。

4）反渗透仪器、仪表。为了控制、监测反渗透系统正常运行，本装置配有一系列在线测试仪器、仪表，包括产水电导率仪、产水和浓水流量计、系统各段压力表、反渗透系统进水和产品水pH计、高低压保护开关和取样装置。

反渗透装置设置一块仪表盘和控制箱，在仪表盘上可读出反渗透系统的有关工艺参数，在控制箱上启停反渗透系统进水高压泵及相关的单元；浓水排放流量由安装在反渗透浓水端的调节阀控制。能实现运行、备用、冲洗等自动和手动操作功能。

5）化学清洗装置。本系统为反渗透设备附件，备用。以清洗膜组件内各种原因形成的污染物。

该工程产水规模为600t/d，产水水质符合国家生活饮用水卫生标准 (GB5749—2006)。反渗透脱盐率≥96%；回收率≥75%。

4 结 语

金乡县通过实施反渗膜透技术水处理工程6处，解决了12万多人的饮水不安全问题。水质达到国家生活饮用水卫生标准(GB5749—2006)。供水成本在1.5～1.8元之间，供水水价在2.5～3.0元之间，老百姓是可以接受的。可见，水处理技术在水质差且没有其他水源的地区，是解决饮用水不安全问题的重要手段。