陸 陽(yáng)，袁妮妮

(1.寧夏水利科學(xué)研究院灌溉排水研究室，寧夏 銀川750021;2.寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，寧夏 銀川750021)

1 寧夏南部山區(qū)的水質(zhì)特點(diǎn)及苦咸水對(duì)人體的危害

苦咸水是指水的含鹽量高于1 000 mg/L且在15 000 mg/L以下的天然水、地面水和自流井水［1］。在我國(guó)北方干旱內(nèi)陸地區(qū)，由于降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，導(dǎo)致作為主要供水水源的地下水普遍含鹽量較高?？嘞趟诟锌酀?，難以直接飲用，其中超標(biāo)鹽類和雜質(zhì)對(duì)人體危害極大，長(zhǎng)期飲用會(huì)引起腹瀉、腹脹等消化系統(tǒng)疾病和皮膚病，還可誘發(fā)腎結(jié)石及各類癌癥，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量和身體健康［2］。寧夏南部山區(qū)三營(yíng)以南的清水河和涇河干支流兩岸為淡水分布區(qū)，地下水礦化度多小于1 g/L，屬Ⅰ類、Ⅱ類水;三營(yíng)以北黃土丘陵到中部鹽靈臺(tái)地屬于苦咸水分布區(qū)，地下水水質(zhì)差、礦化度多在3～6 g/L之間，部分地區(qū)可達(dá)到10 g/L，水質(zhì)化學(xué)類型為硫酸鹽或氯化物鈉鎂水。

針對(duì)寧夏部分偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)長(zhǎng)期存在的高氟、高砷、苦咸水，且無(wú)良好替代水源問(wèn)題，為落實(shí)解決農(nóng)村飲水安全，需對(duì)集中供水采用特殊的凈化處理技術(shù)。解決總硬度、硫酸鹽超標(biāo)的苦咸水問(wèn)題，目前最先進(jìn)和節(jié)能有效的處理方法是采用反滲透技術(shù)。

2 反滲透膜的分離技術(shù)及特性

2.1 苦咸水淡化技術(shù)

苦咸水的淡化技術(shù)主要有蒸餾法、電滲析和反滲透。蒸餾法在處理高濃度苦咸水方面有一定優(yōu)勢(shì)，但成本造價(jià)較高，且易腐蝕結(jié)垢。電滲析技術(shù)在低濃度苦咸水淡化方面最先占有較大市場(chǎng)，但對(duì)水質(zhì)要求較嚴(yán)格，需要針對(duì)原水水質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理。反滲透技術(shù)目前已發(fā)展得較為成熟，相比其他方法，效益高、占地少、能量消耗少、適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)化程度高并且出水質(zhì)量好，逐漸處于主導(dǎo)地位。

2.2 反滲透膜的特點(diǎn)及分離原理

RO(Reverse Osmosis)反滲透技術(shù)的原理是利用壓力差為動(dòng)力進(jìn)行膜分離過(guò)濾，由于其孔徑小至納米級(jí)，在一定的壓力下，水分子可以通過(guò)RO膜，而原水中的無(wú)機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌等雜質(zhì)無(wú)法透過(guò)RO膜，從而使可以透過(guò)的純水和無(wú)法透過(guò)的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)［3］。

反滲透技術(shù)的特點(diǎn)［4］:(1)脫鹽率高，一般穩(wěn)定在90%以上;(2)有效去除細(xì)菌等微生物、有機(jī)物，以及金屬元素等無(wú)機(jī)物，出水水質(zhì)優(yōu)于其它同類方法;(3)純水制備及運(yùn)行人工成本低，環(huán)境污染少;(4)減緩了由于源水水質(zhì)波動(dòng)而造成的產(chǎn)水水質(zhì)變化，純水產(chǎn)水質(zhì)量較穩(wěn)定;(5)對(duì)后續(xù)處理設(shè)備的負(fù)擔(dān)影響小，延長(zhǎng)了后續(xù)處理設(shè)備的使用壽命。

3 反滲透膜在苦咸水中的應(yīng)用及分離特性

3.1 反滲透膜設(shè)備的水處理工藝流程

反滲透系統(tǒng)基本組成部分包括:原水供水單元;預(yù)處理系統(tǒng)，保證經(jīng)過(guò)預(yù)處理的水質(zhì)能夠達(dá)到反滲透系統(tǒng)對(duì)于COD、SDI、余氯和 LSI等指標(biāo)的要求;高壓泵系統(tǒng);RO膜單元，是系統(tǒng)核心部分，由壓力容器、膜元件、管道和濃水閥門等組成;儀表和控制系統(tǒng)，由PLC、儀表、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制運(yùn)行;同時(shí)配備溫度表、PH計(jì)、壓力表、流量計(jì)、電導(dǎo)率表等儀表實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀況;產(chǎn)水儲(chǔ)存單元;清洗單元;管道閥門。

在示范區(qū)內(nèi)，人飲安全工程中凈水廠采用的工藝流程為:原水(苦咸水)→沉沙池(預(yù)沉淀)→多介質(zhì)過(guò)濾器→高壓泵→反滲透裝置→高壓泵→清水池。儀表和控制系統(tǒng)選用北京新水澤源科技有限公司產(chǎn)品，RO膜部件中的壓力容器、管道和濃水閥門等選用甘肅省膜科學(xué)技術(shù)研究院產(chǎn)品，RO膜元件采用芳香族聚酰胺復(fù)合膜材料的進(jìn)口膜元件。

3.2 影響反滲透膜脫鹽效率的水質(zhì)方面因素

影響反滲透膜性能的因素［5］主要有:水源與適當(dāng)?shù)念A(yù)處理、進(jìn)水水質(zhì)、水通量(產(chǎn)水量)、回收率、排列方式以及藥劑的使用等。其中，反滲透膜對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求主要有以下幾個(gè)方面:(1)水溫。在相同操作壓力下，水溫相差1℃，產(chǎn)水量有3%左右的波動(dòng)，運(yùn)行溫度控制在25℃ ～30℃最佳;(2)pH值。pH值的變化影響膜的脫鹽率和給水中某些難溶性鹽的溶解度，一般將pH值控制在7.5～8.5之間脫鹽率最高;(3)懸浮物。通常用濁度量化地反映懸浮物，懸浮物含量高會(huì)導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)很快堵塞，影響產(chǎn)水水質(zhì)和水量，一般要求進(jìn)水濁度小于1NTU;(4)金屬成分。影響較大的有鐵、錳、銅、鎳、鋁、鈣、鋇、鍶，須經(jīng)過(guò)預(yù)處理控制在進(jìn)水要求范圍內(nèi);(5)有機(jī)成分。對(duì)于廢水回收的系統(tǒng)，進(jìn)水中TOC、BOD和COD等指標(biāo)應(yīng)經(jīng)過(guò)預(yù)處理控制在進(jìn)水要求范圍內(nèi)。

3.3 反滲透膜在寧夏南部山區(qū)的應(yīng)用

西吉縣西部長(zhǎng)期以來(lái)干旱少雨，自然條件惡劣，為解決人畜飲水困難問(wèn)題，2008年總投資2 998萬(wàn)元建設(shè)西吉縣西部農(nóng)村飲水安全工程。在八臺(tái)轎水庫(kù)左岸設(shè)取水建筑物、凈水廠和八臺(tái)轎加壓泵站，取水構(gòu)筑物從庫(kù)內(nèi)取水后，將水送至沉沙池預(yù)沉后再送至凈水廠凈化處理，然后利用加壓泵將水揚(yáng)至山頂高位蓄水池，然后由蓄水池自壓向受水區(qū)供水，日供水定額40 L/人。工程的建設(shè)，極大改善了項(xiàng)目區(qū)群眾的飲水衛(wèi)生條件問(wèn)題，減輕了農(nóng)民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益。

3.3.1 苦咸水淡化效果評(píng)價(jià)及分析

結(jié)合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749－2006)［6］，對(duì)原水及反滲透膜處理水質(zhì)做水樣基本全分析檢測(cè)，評(píng)價(jià)苦咸水淡化效果，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 原水和處理后水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

原水為當(dāng)?shù)氐臏\層地下水，水質(zhì)較差，溶解性總固體含 量在7 000 mg/L左右，硫酸鹽含量達(dá)到2 510 mg/L，氯化物含量達(dá)到1 680 mg/L，屬典型的苦咸水，部分水質(zhì)指標(biāo)遠(yuǎn)超于飲用水衛(wèi)生指標(biāo)，不宜飲用。經(jīng)反滲透設(shè)備凈化處理后，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，溶解性總固體含量降為61 mg/L，硫酸鹽含量為9.49 mg/L，氯化物含量為22.3 mg/L，脫鹽率達(dá)到90% ～99%，脫鹽效果明顯。

通過(guò)對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理及反滲透處理，有效地去除了超標(biāo)的無(wú)機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)，溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物等含量大幅降低，產(chǎn)水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均較好，遠(yuǎn)低于一般生活飲用水的水質(zhì)指標(biāo)，達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，苦咸水淡化效果較為顯著。

3.3.2 反滲透系統(tǒng)運(yùn)行成本

反滲透設(shè)備的產(chǎn)水通常呈酸性不能直接飲用，作為生活飲用水，需兌適當(dāng)比例的原水調(diào)節(jié)pH值呈中性。實(shí)際運(yùn)行中，反滲透膜產(chǎn)水30 m3/h，勾兌原水15 m3/h，供水量達(dá)到400 m3/d以上，滿足了區(qū)域內(nèi)人畜飲水要求。

反滲透系統(tǒng)中的高壓泵、儀表和控制系統(tǒng)、管道閥門、RO膜單元壓力容器，以及清洗單元使用時(shí)間較長(zhǎng)。但對(duì)于膜元件，由于當(dāng)?shù)卦|(zhì)較差，加之前處理效果不夠理想，操作管理人員的技術(shù)水平有限等問(wèn)題，其使用壽命一般在1～1.5 a，膜元件的成本在20～30萬(wàn)元。綜合考慮反滲透設(shè)備運(yùn)行成本和泵站輸配水產(chǎn)生的各項(xiàng)費(fèi)用，供水成本在4元/m3左右，向用水戶收取水費(fèi)為3.5元/m3，需要政府的一部分補(bǔ)貼。

3.3.3 注意事項(xiàng)

為保障反滲透系統(tǒng)長(zhǎng)期良好運(yùn)行，降低能耗、減少制水成本，在反滲透膜的操作使用過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)進(jìn)水壓力調(diào)節(jié)適中。(2)進(jìn)水溫度不能過(guò)低。(3)進(jìn)水pH值控制在7.5～8.5之間，脫鹽率最高。(4)根據(jù)原水水質(zhì)情況，選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)處理工藝后再進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)。(5)加強(qiáng)對(duì)供水站凈化水廠人員的專業(yè)能力培訓(xùn)學(xué)習(xí)，及時(shí)掌握膜的運(yùn)行狀態(tài)，做好相應(yīng)的處理、清洗工作。

4 反滲透技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展前景

反滲透技術(shù)于上世紀(jì)80年代初獲得應(yīng)用，早期用于電子工業(yè)超純水及飲料業(yè)用水的制備及電廠用水處理?，F(xiàn)今，反滲透技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海水淡化、苦咸水脫鹽、工業(yè)給水高純水設(shè)備等，生活中飲用純水機(jī)及直飲水的核心技術(shù)就是反滲透［7］。與此同時(shí)，在飲用水方面，我國(guó)實(shí)際可利用水資源量逐年接近合理可利用水量上限，開(kāi)發(fā)新的水資源如進(jìn)行海水淡化、苦咸水脫鹽勢(shì)在必行，目前反滲透膜法是最經(jīng)濟(jì)清潔的方法;在水環(huán)境方面，我國(guó)廢水、污水排放量正以每年18億 t的速度增加，全國(guó)工業(yè)廢水和生活污水日排放量近1.64億 t，其中過(guò)半數(shù)未經(jīng)處理直接排入水域，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視及大量資金投入、治理工作，因此在環(huán)保水處理方面對(duì)膜的應(yīng)用的需求量也將增大。在龐大的市場(chǎng)需求量面前，令人遺憾的是，國(guó)產(chǎn)膜的市場(chǎng)應(yīng)用較少，水處理核心技術(shù)反滲透膜大部分被美、日等外國(guó)公司壟斷，因此，加快膜核心技術(shù)的研發(fā)投入，加大國(guó)產(chǎn)膜技術(shù)的應(yīng)用示范工程推廣迫在眉睫。

［1］金熙，項(xiàng)成林.工業(yè)水處理技術(shù)問(wèn)答［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2003;365.

［2］趙印英，孟國(guó)霞.山西農(nóng)村飲水水質(zhì)與飲水安全技術(shù)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社.2013;133.

［3］百度百科.http://baike.baidu.com/view/142411.htm.

［4］張葆宗.反滲透水處理應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社.2004;80.

［5］朱慧晶.反滲透技術(shù)的主要性能指標(biāo)及影響因素［J］.內(nèi)蒙古石油化工.2011(2);108－109.

［6］中國(guó)衛(wèi)生部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 5749－2006.生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2006;4－6.

［7］張媛.論反滲透技術(shù)現(xiàn)狀、應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)科技博覽.2011(30);310－311.