反渗透膜分离处理技术在华亭县城镇饮用水水质改善工程中的应用

陈　娟，徐建萍，赵瑞英，苏军军（甘肃省平凉市华亭县水务局，甘肃　华亭　744100）



反渗透膜分离处理技术在华亭县城镇饮用水水质改善工程中的应用

陈娟，徐建萍，赵瑞英，苏军军
（甘肃省平凉市华亭县水务局，甘肃华亭744100）

摘要：通过对华亭矿区生活饮用水水源地的水资源量、水质、水压状况分析，进行现状需水量探讨和远期需水量预测，采用反渗透膜分离处理技术对水质进行处理，结果表明该工艺流程在降低水中总硬度、铁、锰、钙、镁等指标的同时能有效改善水质,提升了生活饮用水的质量，满足广大群众的生活需求，更好地适应了华亭县社会、经济事业的快速发展的需要。

关键词：反渗透膜分离技术；饮用水；水质改善

1　水资源概况及水质改善的必要性

华亭县属甘肃平凉地区，位于甘肃省东南部，关山（小陇山）东麓，东靠崇信县，南接陕西省陇县，西与庄浪县、天水市相接，西北与宁夏回族自治区接壤。华亭县县城是以煤炭工业和能源化工产业开发为主，加快发展高新技术和旅游、商贸产业的现代化小城市。

华亭县城区至2010年底实际居住人口为7.1万人，城区建成区面积308.04hm2,人均99.3m2。城区规划近期（2020）年9.3万人，用地规模460hm2，远期（2030）年11.5万人，用地规模为766hm2。

华亭县城区自来水供水主要由西华水厂承担，该厂建于1998年，设计供水能力20000m3/d，供水水源由西华水源和马峡养马寺水源组成，其中西华水源在丰水期产水量为9000m3/d，而在枯水期产水量仅为6000m3/d。马峡养马寺水源在丰水期产水量为7000m3/d，在枯水期产水量仅为4500m3/d。目前城区日用水量为9500～10500m3/d，目前水源的供水量基本可以满足用水需求。西华水厂现有500m3清水池2座。

目前水厂水处理采用常规的加氯消毒工艺，供水水质经国家水质监测网兰州监测站化验检测，符合国家GB5479-2006《生活饮用水卫生标准》，近年来，随着经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对自来水质的要求也越来越高，为了保障人民群众的身体健康和提高人民群众的生活质量，县委县政府高度重视，要求对西华水厂的水质进行进一步深度处理。

2　城区需水量预测和供水规划

2.1规划依据

（1）《华亭县县城总体规划》（2）《华亭县西华区控制性详细规划》（3）《华亭县“十五”及2015年国民经济和社会发展基本思路》。

2.2规划规模

（1）人口规模：至2030年为13.3万人（2）供水用量：28000m3/d。

2.3需水量预测

根据《华亭县县城总体规划》（1999-2010年），2020年规划区规划人口为11.5万人，而目前城区人口为7.1万人。

2.3.1现状需水量

根据华亭县自来水公司提供的实际运行统计资料，目前城区日用水量为9500～10500m3/d。

2.3.2远期需水量预测

根据《华亭县县城总体规划》（1999-2010年），2010年规划区规划人口为11.5万人，即远期需水量按此人口数进行预测。

（1）综合生活用水量（Q1）。根据《室外给水设计规范》（GB50016-2006）,甘肃省华亭县二区，最高日综合生活用水定额为150-240L/人.日，考虑西部地区用水实际及当地的用水习惯，即远期用水定额取150L/人.日，计算人口为11.5万人，则综合生活用水量为：Q1=115000×0.15=17250m3/d。

（2）工业企业用水量（Q2）根据全省工业用水量统计，一般工业用水量约占生活用水量的20%～40%，由于缺少工业用水量的统计，考虑到华亭县工业用水的实际情况，工业用水量远期按生活用水量25%考虑。则工业企业用水量为：Q2=17250×0.25= 4312.5m3/d。

（3）浇洒道路和绿地用水（Q3）。按生活用水量的10%计算，则：Q3=17250×0.1=1725m3/d。

（4）管网漏损水量（Q4）。根据《室外给水设计规范》，管网漏水量按上述3项水量（23287.5m3/d）的10%～12%计算，取10%，则：Q4=2329m3/d

（5）未预见水量（Q5）。根据《室外给水设计规范》按上述4项水量的8%～12%计算，取8%，则Q5=0.08（Q1+Q2+Q3+Q4）=27665.5m3/d。

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

（7）消防用水。根据《建筑设计防火规范》GB50016-2006,县城远期人口达到11.5万人，同一时间内火灾次数按2次考虑，一次灭火用水量应为2×45L/S,2h的用水量为648m3。

3　水质及水压

3.1水质情况

进入净水厂的原水来自西华水源和马峡水源，依据水质监测报告，其两水源水质均达到“生活饮用水卫生标准”（GB5479-2006）的要求，是良好的饮用水源。

3.2供水水压

华亭县城区配水管网按满足六层楼的水压要求进行设计，即配水管网最不利点的水压不小于28m，华亭县城区原则上少建高层建筑，个别高层建筑及对水压要求较高的工业企业，则自行加压解决。配水管网中的消防给水管与生产、生活给水管道合建，并采用低压消防系统，既在发生火灾时最不利点的消火栓水压不小于10m水柱。消防用水量贮存在净水厂清水池。

4　反渗透膜分离处理技术净水工艺方案的确定和设计

4.1净水工艺确定原则

本工程取水水源为地下水，其特点是水质较好，只是考虑对水质进行进一步的深度处理。因此净水工艺选择应遵循以下原则：（1）能进一步去除水中钙镁离子、更小的无机离子与有机物等（2）能保证出水水质改善提高（3）工艺先进，经济合理，操作方便，运行可靠，适当提高自动化程度，尽量采用新技术、新材料及新设备，尽量节约能源，降低运行费。

4.2净水工艺方案

深度处理通常是指在常规处理后，采用适当的处理方法，将常规处理工艺不能有效去除的污染或消毒副产物的前体物加以去除，提高和改善饮用水水质。目前应用较为广泛的深度处理技术主要有：活性炭吸附、臭氧氧化、生物活性炭及膜处理技术等。

臭氧氧化、生物活性碳处理工艺主要以去除有机污染物、异臭、色度等为主，对氢类等石油产品具有明显的吸附作用，对植物性臭、鱼腥臭、霉臭、土臭、芳香臭（苯酚臭和氨臭）等几乎各种发臭的原水都有很好的处理效果。

膜分离技术是利用具有选择分离性的有极高分子材料或无机材料，制成不同形态结构的膜，在一定驱动力（压力差、浓度差和电位差等）作用下，使双元或多元组分的特定组分因透过膜的速率不同而达到分离或特定组分分富集的目的。膜分离技术的特点如下：（1）无试剂加入，无额外材料消耗，无需再生，无二次污染，可连续操作。（2）能充分利用工业压力源作为膜分离的推动力，物料仅通过简单地流经膜表面即可达到分离或浓缩的目的。（3）工艺兼容性强，易于相关工艺配套，能因地制宜地满足多样化的工艺组合要求。（4）模块组合方式，即可满足集中应用，又可进行单元操作，不受场地和自然环境的限制。（5）常温操作，投资少，能耗低，回收率高、无公害。（6）设备结构紧凑，占据空间小，工艺简单，组装方便，容易操作。（7）一般不需相变和化学变化即可达到分离的目的。

一般来说，对于浊度和细菌可用微孔精滤膜去除，对于天然有机物，可用超滤膜去除，纳滤膜可去除水中的钙镁离子、消毒副产物、农药、表面活性剂等，反渗透膜则对去除砷、氟化合物、硫酸盐、苦碱水淡化等效果显著，对处理硝酸盐、亚硝酸亚、溶解性总固体、氯化物、硫酸盐、色度等感官问题的指标也有很好的处理效果。目前国内在较小范围的优质水供应系统及瓶装水处理处理系统已普遍采用了反渗透膜处理技术。

反渗透膜处理技术是当今最先进、最节能、效率最高分离技术。作为一种新的软化技术，可广泛应用于海水淡化、工业用水（如中低压锅炉用水）的制取以及纯净水的制备领域。与离子交换法相比，反渗透出水水质优，无污染、自动化程度高、占地面积省，反渗透无需再生。根据原水分特征和出水要求选择合适的反渗透膜进行优化配置，可充分发挥出高效低耗的优越性。从膜处理技术的发展看，反渗透应用于饮用水的净化已经较为成熟。

本工程的水源为地下水，目前水质符合生活饮用水标准，本次工程的目的是进一步降低水中的溶解性总固体、氯化物、硫酸盐、总硬度等指标，使水质进一步提高，因此采用反渗透膜处理工艺是较为适合。

通过以上论述，本工程采用反渗透膜膜分离处理技术对水质进行进一步处理，使水质得到改善提高。

4.3净水工艺设计

4.3.1设计规模

设计规模是指本次采用反渗透膜分离处理技术的日处理量，由于反渗透膜处理工艺相对处理成本较高，如将所有的日用水量都进行反渗透膜分离处理，则将会较大的提高改善饮用水的水质，如将全部供水都进行深度处理，则也会造成较大浪费，因为居民大部分的用水量主要用在洗衣、洗菜、做饭等。因此会造成较大的浪费，因此，综合考虑运行成本、工程投资、工程社会效益和经济效益，决定对部分水进行反渗透膜处理，然后将处理后水与地下水进行混合，这样既提高了水质，也降低了运行成本，经对上述成本、投资及工程效益的综合分析考虑，拟将反渗透膜分离处理流量确定为3000m3/d。

4.3.2设计原则

（1）技术先进，反渗透技术是目前非常成熟的水处理技术，产水量可以得到有效的保证，这在同类大中型项目已得到成功的应用。（2）工艺合理、节能环保，本系统是根据提供的水质为依据进行设计的，经过了严格的工艺计算，在设计时充分考虑到水资源的回收和利用，减少废水排放量。（3）安全可靠，系统具有非正常工况的保护功能，具有动手/自动控制功能、PLC控制。系统中关键设备与部件（如计量泵、膜组件等）选用进口产品，其他选用国产优质品牌产品。

4.3.3设计依据

（1）设计水温≥15℃。（2）进水水质：详见附表水质检测单。（3）设计规模为两组，每组65m3/h。

4.3.4主要工艺设计说明

（1）进水水质和出水水质对比分析，见表1。进水水质，水质全分析数据详见附表水质检测单，本工程根据两水源的水质进行分析平均后的主要数据如下。出水水质，RO装置产水水量：2×65m3/h。产水水质如下表（设计值），实际可能有偏差，实际溶解性总固体(mg/L)≤30。

表1　进水水质、出水水质对比分析表

（2）系统处理量和容量，见表2。

表2　系统处理量和容量

5　反渗透膜分离技术在华亭县饮用水水质改善工程中的社会效益和前景分析

5.1社会效益

通过四年来的反渗透膜分离技术的应用实现了对全县城镇供水水源地马峡养马寺、西华水源地水质的深层次净化，使全县城镇居民生活用水水质得到根本性改善。一是城乡供水保证率更高了，工农业生产和居民生活用水保障程度更高了，工农业生产效益和居民生活水准自然提高了；二是该项技术的应用，让华亭县城区居民不再为饮用水水质问题而纠结，彻底解决了因工矿业污染致使饮用水水质不良问题引发的矛盾和焦虑，进一步提升了居民的生命质量和生活水准；三是通过该项技术在西华水源地、马峡养马寺水源地的成熟运用，目前已经推广到马峡孟台、车厂沟、苍沟水源地、安口刘家庄等四个水源地，供华亭煤业集团公司的各矿区、华亭电厂、西华电厂、中煦公司等大型企业单位的职工生活用水，节省了以上工矿企业单位因水质问题从外地调运饮用水的费用，降低了生产生活成本，提高了劳动效率，解决了水费缴纳不及时、收费难的问题。四是切实有效的实现了水资源节约开发利用与管护，为区域上下游水资源有效持续开发利用和县域经济社会健康长久发展奠定了良好基础。

5.2前景展望

经过反渗透膜分离技术在华亭县城区饮用水水质改善中的应用，对于解决华亭县水资源管理系统不完善、宏观管理粗放、饮用水水质不达标、生态环境调查、生态环境变化、水资源科学细化管理和生态环境改善具有重要作用。反渗透膜分离技术为华亭县饮用水水质提升探明了方向。通过在西华、马峡养马寺城区水源地中成功运用，把华亭县饮用水水质改善工程推上了新的高度，在华亭县近几年水资源开发利用中，由于农村安全饮水工程的全面实施，新开发的马峡车厂沟水源地、孟台水源地、苍沟水源地和红崖山水厂、牛舌堡水厂等以及全县国民经济和社会发展十三五规划中提出的上关小川水源地都将以已建水质净化工程为依托，在此基础上寻求新突破，建立新的水质改善理念，而通过该项技术近四年的实施和运行，目前已经非常成熟，在不断降低生产成本的同时，进一步提高产水量和产水效率，不断节约水资源，为实行最严格的水资源管理提供了根本性保障和技术措施。随着现代化步伐的加快，城镇饮用水水质全面改善和农村生活饮用水水质提升也迫在眉睫，自来水化县的进一步深入和农村饮水安全工程的改造提升，对水质的要求也越来越高。因此，对全县的饮用水水质改善有着非常重要的意义。该项目对周边县市的饮用水水质改善和人民生活质量的提升提供了技术和推广经验。反渗透膜处理技术是当今最先进、最节能、效率最高分离技术。作为一种新的软化技术，可广泛应用于海水淡化、工业用水的制取以及纯净水的制备领域。与离子交换法相比，反渗透出水水质优，无污染、自动化程度高、占地面积省，反渗透无需再生。根据原水分特征和出水要求选择合适的反渗透膜进行优化配置，可充分发挥出高效低耗的优越性。从膜处理技术的发展看，在环境保护和水资源再生方面异军突起，在环境工程，特别是废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。

中图分类号：P342+.4