导读 主要从三方面介绍农村供水实用技术。第一方面是农村供水的发展,包括建设成效、强化监管、主要问题、国家乡村振兴战略要求等内容。第二方面是适宜村级小型地表水工程的超滤技术,包括浸没式超滤技术与内压式超滤工艺、常规处理工艺的比较,浸没式超滤技术纳污能力强、排污简单、废水少、且耐污染便于清洗,同时介绍了保证超滤膜运行的一些其他措施,如提高地表水取水口拦污能力和取水质量措施、季节性微污染水处理措施等。第三方面是适宜村级小型供水工程的紫外线消毒技术,包括紫外线消毒的优缺点、应用现状、应用要求,紫外线消毒时管网二次污染防止措施,最后还介绍了自主研发的可调功率(光强)节能型紫外线消毒装置。
导读
主要从三方面介绍农村供水实用技术。第一方面是农村供水的发展,包括建设成效、强化监管、主要问题、国家乡村振兴战略要求等内容。第二方面是适宜村级小型地表水工程的超滤技术,包括浸没式超滤技术与内压式超滤工艺、常规处理工艺的比较,浸没式超滤技术纳污能力强、排污简单、废水少、且耐污染便于清洗,同时介绍了保证超滤膜运行的一些其他措施,如提高地表水取水口拦污能力和取水质量措施、季节性微污染水处理措施等。第三方面是适宜村级小型供水工程的紫外线消毒技术,包括紫外线消毒的优缺点、应用现状、应用要求,紫外线消毒时管网二次污染防止措施,最后还介绍了自主研发的可调功率(光强)节能型紫外线消毒装置。
刘文朝
水利部农村饮水安全中心教授级高工
本文根据刘文朝高工在“2021(第五届)中国农村污水治理与饮水安全提升高峰论坛”上的发言整理而成,未经本人审阅。
2021(第五届)中国农村污水治理与饮水安全提升高峰论坛
1 农村供水的发展
1.1 现状建设成效
(1)建成农村集中供水工程约60万处,基本实现自来水化(普及率83%)。
(2)其中,千吨万人工程和市政供水管网延伸工程约1.8万处,已覆盖村镇人口比例约50%,其中400多个县(市、区)全面实现城乡供水一体化,农村供水规模化已初步形成(发展规模化供水的理念已被各级政府及主管部门逐步接受,有利于标准化建设、专业化管理、企业化运营、以及市场化融资)。
(3)长期困扰农村饮安全的高氟水、高砷水、苦咸水问题已基本得到解决。
1.2 强化监管
(1)通过落实“水污染防治法”、“水十条”、“河长制”,以及“关于加强农村饮用水水源保护工作的指导意见”(环办〔2015〕53号)——基本完成了千吨万人饮用水水源保护区划定,地表水源水质持续不断改善。
(2)“关于加强农村饮水安全工程水质检测能力的指导意见”(发改农经【2013】2259号)、“水利部关于进一步强化农村饮水工程净化消毒和检测工作的通知”(水农【2015】116号)——要求2015年底前完成县级水质检测中心建设、具备常规指标检测能力。县级农村供水水质检测能力不断提升。
(3)“水利部关于建立农村饮水安全管理责任体系的通知”(水农【2019】2号)要求落实“三个责任”和“三项制度”以及“创新农村饮水工程运行管理模式”。
(4)“水利部办公厅关于加快推进农村供水工程水费收缴工作的通知”(办农水【2019】210号)要求:“全面推行按供水成本收费”,“鼓励执行“基本水价+计量水价”的两部制水价和阶梯式水价”,“千人以上工程的水价应能覆盖成本、企业化运行的工程应适当考虑利润,千人以下工程的水价由村委会、管水组织和用水户代表等协商确定。”——强化计量收费。
(5)成立12314监督举报服务平台——时时跟踪群众反应的问题并及时解决。
1.3 主要问题
(1)部分规模化地表水厂净化设施不完善:无流量计、管道混合器,穿孔旋流絮凝池不旋流、滤池反冲洗强度不够、原料型消毒副产物超标等,亟待改造。
(2)尚有几十万处村级小型集中供水工程,管理条件差:水源保护、水质检测、饮用水消毒薄弱,南方山区地表水净化设施简陋,北方高氟区和苦咸地区的吸附法除氟滤料再生困难、反渗透膜或纳滤膜脱盐膜保护困难。部分水源干旱年供水保证率低,早期建设的UPVC管网漏失严重。
1.4 国家乡村振兴战略要求
“中共中央国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见”(2021年1月,一号文件)“(十五)加强乡村公共基础设施建设”中明确提出:“实施农村供水保障工程。加强中小型水库等稳定水源工程建设和水源保护,实施规模化供水工程建设和小型工程标准化改造,有条件的地区推进城乡供水一体化,到2025年农村自来水普及率达到88%。完善农村水价水费形成机制和工程长效运营机制。”
2021(第五届)中国农村污水治理与饮水安全提升高峰论坛
2 适宜村级小型地表水工程的超滤技术
2.1 内压式超滤
2017年前,多数为内压式超滤,主要问题:
部分用户追求设备价格低,膜组件的自动化程度低,需定时手动冲洗,管理难于到位,膜堵塞问题频繁;
预处理措施不到位,导致膜系统堵塞及膜通量快速下降。膜一旦污染或设备故障,农民维护困难;
自动化控制系统中的电动阀故障率高;
多数企业,膜的保质期只有5年,用户担心膜的更换,导致推广难度大。
2.2 浸没式中空纤维超滤
全国首台村级:浸没式中空纤维超滤净水装置。
重庆云阳县白元村水厂(2018年5月建成),100方/天,水库水。
设计要点:PVDF膜(孔径0.02微米),膜通量15L/MH、水头差3.2米,包括膜虹吸过滤、气洗和反洗等单元,全自动控制;
运行:无需絮凝剂,过滤、气洗、反冲、排泥,浊度﹤0.3NTU;
化学清洗:维护性清洗3~4个月用300ppm漂粉精浸泡2h,一键操作;2.5年进行了一次盐酸浸泡清洗(初始最大过水能力为7.5方/时,清洗前为5.0方/时,清洗后6.5方/时)。
2.3 浸没式与内压式超滤比较
浸没式中空纤维超滤膜净化地表水属外压式过滤,将污物拦截在膜丝外,比内压式纳污能力强、排污简单、废水少,每天仅需1~2次排泥。浸没式膜设计通量较小、跨膜压差较小,比内压式膜耐污染且便于清洗,每小时自动气洗1~2次、每天自动反冲洗1~2次,通过抖动和摩擦可有效去除膜表面的沉积物;2~4个月采用氯消毒剂维护性清洗1次,可氧化去除膜表面的藻类、细菌等有机粘稠物;1~2年采用柠檬酸或盐酸清洗1次,可去除长期过水形成的硬垢。
2.4 浸没式超滤与常规处理工艺比较
建设投资和运行成本(含折旧)基本相当,但占地面积小、提高了出厂水浊度质量及稳定性、减少了药剂费、减轻了水厂的日常管理工作、减轻了污泥处理难度(注:常规净化的污泥易板结、铝易析出,不宜直接用于灌溉,目前农村常规净化地表水水厂普遍缺乏环保的污泥处理系统),有利于解决农村小型地表水水厂水质保障能力普遍较弱的问题。
中空纤维膜使用寿命较短,仅能达到8-10年,折旧费较高,按8年换一次膜、每方水折旧费约增加0.2元左右。
2.5 提高地表水取水口拦污能力和取水质量措施
溪沟水:水量充沛时宜采用底栏栅式取水,栅条宜采用不锈钢骨架和网制作。
小型工程宜在取水管周围设不锈钢丝网(30~50目)可滤除枝叶、杂草、鱼虾、砂石等,钢丝网过水面积宜大于管口面积的15倍可有效防止堵塞。
湖库水:为防止季节性水温突然变化时底泥影响水质,宜选择浮船(桶)取0.8~1.2m深的上层水(溶解氧高,可预防铁锰超标,并改善嗅和味)。
2.6 季节性微污染水处理措施
常见问题:部分水库水存在季节性色度、嗅和味超标问题;
增加预氧化:在膜池前投加氯消毒剂,投加量为0.5~1.0mg/L。
2021(第五届)中国农村污水治理与饮水安全提升高峰论坛
3 适宜村级小型供水工程的紫外线消毒技术
3.1 紫外线消毒优缺点
优点:无原料,无副产物,无人值守;
缺点:无余量。
3.2 应用现状
我国农村尚有几十万处单村供水工程,专业化管理条件差,采用二氧化氯、次氯酸钠等消毒剂消毒存在药剂购置困难、农民难于接受消毒剂味道、不运行等问题,2000年北京市海淀区农村供水开始尝试紫外线消毒。之后很多公司开始引进国外技术产品,国家“十一五”“十二五” 科技支撑课题、重大水专项课题均开展了农村供水紫外线消毒技术研究与示范,灯管寿命、自动清洗置、光强监测等技术基本得到解决。目前北方单村地下水工程已逐步开始应用紫外线消毒。
紫外消毒主要存在问题:为了省钱无自动清洗装置、光强监测仪,不及时更换灯管,甚至不运行。
3.3 应用要求
适用条件:单村供水,进水浊度小于3NTU。
设备要求:
须有可靠的自动清洗装置(防止灯套管结垢影响紫外光照射,故障点,厂内装配测试,现场往复30次检测);
灯管寿命大于1.2万h(低于额定紫外光强的80%为寿命终点);
配置光强检测仪(各厂家、各批次灯管寿命有差异,必须通过检测判断,最薄弱处的紫外光强应大于40mJ/cm2消毒要求)。
管理要求:
紫外光强低于消毒要求时及时更换紫外灯;
3-5年大修一次,包括更换石英套管、镇流器、自动清洗装置上的橡胶刮片等;
平时关注设备是否有报警故障。
3.4 紫外线消毒时管网二次污染防止措施
(1)采用高位水池或水塔、或变频机组24h连续供水,防止进气。
(2)采用消毒剂定期对管网进行维护性消毒处理。24h连续供水的水厂,半年1次;定时供水的水厂,每季度一次。采用臭氧按1mg/L投加、采用次氯酸钠(钙)按2mg/L投加,打开各支管远端用户的水龙头,连续投加时间不小于2h;然后启动紫外线消毒装置,冲洗管网,龙头水消毒剂味道较轻后才能饮用。
(3)紫外线消毒装置与电解次氯酸钠或臭氧发生器联用:早中晚高峰用水的时段采用电解次氯酸钠或臭氧消毒,其他时段采用紫外线消毒。(同时可解决小型地下水厂,无清水池,夜间流量小,次氯酸钠投加困难的问题)。
3.5 电晕法臭氧发生器消毒
臭氧易分解,需现场制备,一般采用电晕法臭氧发生器(以空气为原料,管理较简单)。消毒系统包括:制氧系统、放电系统、气水混合系统、投加系统、尾气排放系统等部件组成。但运行成本相对较高,约5~7分/吨,比其他消毒高出2~3倍。
运行管理要求:夏季定期维护除湿装置、2年左右更换分子筛,及时检修臭氧泄漏点。
3.6 可调功率(光强)节能型紫外线消毒装置
(1)针对农村供水流量变化大(早、中、晚3个时段不超过6h用水量大,其他时间用水量小,夜间极小),以及紫外线消毒无余量、需连续运行、极低流量时造成水温高等问题而研发。
(2)安装在线流量计;选择40-100W的低压、高效、寿命长的紫外灯管(紫外效率:全功率>36%、半功率>38%;连续变量3000次,紫外功率不低于95%)。
(3)选择可调功率的镇流器,用PLC接受流量信号调节镇流器输出电流和电压,根据流量变化自动调整紫外线装置的运行功率。
(4)运行:夜11-早5时段40%,早中晚各2小时100%,其他70%,节电25%以上。