中小城鎮(zhèn)的給水工程問題

中小城鎮(zhèn)的給水工程問題

 

    西部大開發(fā)將以城市化和城市建設(shè)為重點(diǎn)向前推進(jìn)。加快中小城市建設(shè)，推進(jìn)城市化進(jìn)程，是西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)基本戰(zhàn)略。那么在中小城市蓬勃興起，鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)迅速發(fā)展的西部開發(fā)格局，給水工程建設(shè)應(yīng)當(dāng)以一個(gè)什么面目出現(xiàn)呢？筆者認(rèn)為：

 

    *，要強(qiáng)化常規(guī)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)。

 

    實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)節(jié)約資金和工程運(yùn)行‘三降兩提高’的發(fā)展目標(biāo)。經(jīng)過多年實(shí)踐，我國(guó)特別是我們西北的給排水工作者已經(jīng)掌握了一套強(qiáng)化各凈化環(huán)節(jié)的技術(shù)。我們*可以將這些技術(shù)有效地組合起來，因地制宜地用于各種不同水質(zhì)類型的凈化工程。例如對(duì)常規(guī)的混合，我們可以用‘旋網(wǎng)’管道混合器來強(qiáng)化宏觀傳遞，改善微觀傳質(zhì)。能地完成混合過程。這不僅可以節(jié)省基建費(fèi)用，還可以減少能耗，降低藥耗，實(shí)現(xiàn)混合過程的管道化。使混合工藝更加簡(jiǎn)便、靈活。

 

    再例如反應(yīng)，可以用網(wǎng)板反應(yīng)器來強(qiáng)化反應(yīng)過程，從而縮短反應(yīng)時(shí)間，提高反應(yīng)效能。網(wǎng)板反應(yīng)技術(shù)是西北市政院在七十年代的一項(xiàng)發(fā)明，網(wǎng)板反應(yīng)基于以下原理：

    ①水中與絮凝體處于同一數(shù)量級(jí)的微小渦旋運(yùn)動(dòng)是絮凝反應(yīng)的推動(dòng)力量；

    ②在反應(yīng)池中設(shè)置網(wǎng)板，調(diào)整了反應(yīng)池的流動(dòng)狀態(tài)，改善反應(yīng)池中的無規(guī)大渦湍流運(yùn)動(dòng)，形成較為有秩的網(wǎng)后水流流動(dòng)場(chǎng)。在網(wǎng)后水流的湍流場(chǎng)中，湍流的渦旋尺度大大減小，微渦旋比例逐步提高，絮體顆粒的接觸碰撞大大增強(qiáng)；

    ③在網(wǎng)后流場(chǎng)中將出現(xiàn)各向同性湍流。各向同性湍流能對(duì)絮凝體產(chǎn)生各向均等的揉動(dòng)作用力，把絮體制作得更加均勻密實(shí)，便于沉淀；

    ④對(duì)于不同水質(zhì)和不同的反應(yīng)階段，可以通過在過水?dāng)嗝嫔峡茖W(xué)地布設(shè)不同規(guī)格的網(wǎng)板來控制其湍流強(qiáng)度，以達(dá)到強(qiáng)化反應(yīng)之目的。經(jīng)過二十多年的實(shí)踐運(yùn)用，證明網(wǎng)板反應(yīng)技術(shù)原理科學(xué)，設(shè)備簡(jiǎn)單，性能優(yōu)異，能夠大大提高反應(yīng)效率。許多水廠由于使用了網(wǎng)板反應(yīng)技術(shù)，反應(yīng)時(shí)間已從傳統(tǒng)的30分鐘縮短至5～10分鐘，降低了造價(jià)，降低了成本。

網(wǎng)板反應(yīng)技術(shù)還可與旋網(wǎng)管道混合器配合，可以實(shí)現(xiàn)混合反應(yīng)工藝的管道化。為混合反應(yīng)工藝的工廠化生產(chǎn)提供了條件。

 

    其他如沉淀、過濾工藝都可以強(qiáng)化。近年來的高密斜管池，多層濾料濾池，都不同程度地提高了沉淀過濾效能，再如西北市政院與鐵院聯(lián)合研究的沸石過濾技術(shù)，還能有效地去除微污染。將這些強(qiáng)化工藝環(huán)節(jié)的各種技術(shù)，科學(xué)合理地組合起來，就能大大降低工程造價(jià)的運(yùn)行費(fèi)用。使西北中小城鎮(zhèn)的水廠建設(shè)能夠在資金不夠?qū)捲５臈l件下建得成、用得起，收到少花錢，多辦事的效果。

    第二，要以節(jié)能的凈化設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的凈水廠，實(shí)現(xiàn)給水工程各工藝環(huán)節(jié)的工廠化、系列化生產(chǎn)。

 

    改變以往水廠建設(shè)搞現(xiàn)場(chǎng)施工，周期長(zhǎng)、造價(jià)高，施工安裝質(zhì)量難以保證的舊模式。在城市化發(fā)展進(jìn)程中，水要先行，必然會(huì)遇到城鄉(xiāng)水廠建設(shè)“量大、面廣”的問題。由于城鎮(zhèn)水廠的供水規(guī)模都比較小，要保證每個(gè)小水廠的建設(shè)要都能做到水平高，質(zhì)量好，必須走工廠化生產(chǎn)的路子，因?yàn)橹挥袑?shí)現(xiàn)了水廠設(shè)備定型化的工廠生產(chǎn)，才能從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造等各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的有效控制。也才能從規(guī)模效益中降低成本，保證水廠建設(shè)的物美價(jià)廉。我們希望行業(yè)的有識(shí)之士與我們共同合作，針對(duì)西北的不同水源條件，設(shè)計(jì)制造一批工藝流程多元化，產(chǎn)品規(guī)格系列化，設(shè)備定型化的成套凈化系統(tǒng)，發(fā)展我們西北的給水工業(yè)生產(chǎn)。

 

    第三，要以改善水質(zhì)和擴(kuò)大水資源的利用為前提，加大技術(shù)創(chuàng)新，研制和采用的凈水工藝。

 

    西北城鄉(xiāng)分布著大面積的微咸水，許多地表和地下水也都遭受到不同的污染，對(duì)這些潛在的給水資源，用常規(guī)的處理辦法往往難以奏效。我建議，大膽研制和使用膜法處理技術(shù)，讓膜技術(shù)參加到西部大開發(fā)的凈化隊(duì)伍中來。膜技術(shù)不僅可以擴(kuò)大鄉(xiāng)鎮(zhèn)的給水資源，能夠就近取水，而且可使出水水質(zhì)得到充分保證。近來膜技術(shù)發(fā)展很快，價(jià)格也大幅下降，在荷蘭，近五年來每平方米超濾膜價(jià)格已降至原來的1/5，預(yù)計(jì)很快將降至1/20，微濾和常規(guī)凈水工藝的成本已經(jīng)很接近了。膜法的技術(shù)進(jìn)步和價(jià)格下降的空間常規(guī)工藝和深度處理的余地更大。在規(guī)模上，原來認(rèn)為用于日凈化水量5000立方米以內(nèi)較為適宜，近美國(guó)超濾水廠的在建規(guī)模已達(dá)到10萬立方米/日。世界上超濾水廠的能力超過100萬立方米/日。其中約2/3是98年和99年建成的，所以，以膜法代替常規(guī)處理，特別是在西北水資源短缺，微咸水分布廣泛的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，建立膜凈化水廠是*有可能的。當(dāng)然，用于微咸水的處理要采用納濾（NF），個(gè)別水源也可能要用反滲透（RO）技術(shù)。投資上可能增加一些，但卻為就近取水創(chuàng)造了有利條件。膜法凈化技術(shù)是人類與干旱和污染斗爭(zhēng)的成果，早的膜法用于海水淡化和苦咸水的除鹽，當(dāng)1974年美國(guó)發(fā)現(xiàn)自來水中有66種致癌物質(zhì)后，人們逐漸了解到水中的有機(jī)物已多達(dá)2200余種，其中飲用水中就有765種。包括嚴(yán)重危害人體健康的五毒：酚、氰、砷、鉻、汞和百余種致癌，致畸、致突變的三致物質(zhì)。以后又發(fā)現(xiàn)了隱性孢子病源體。隱性孢子病原體能穿透濾層，既使將出水濁度降低到0.1NTU，也不能保證沒有隱性孢子蟲，而膜法卻能夠截留隱性孢子病原體。使用膜技術(shù)不僅能提供高質(zhì)量的飲用水，而且就其發(fā)展而言，膜法的組合應(yīng)用，還可以部分或全部取代混凝沉淀、過濾消毒這個(gè)應(yīng)用了幾個(gè)世紀(jì)的常規(guī)處理技術(shù)?？梢哉f膜技術(shù)的發(fā)展，將引起水處理技術(shù)的重大變革。對(duì)膜技術(shù)的去除機(jī)理，目前有很多理論說法。比較有代表性的有篩網(wǎng)效應(yīng)理論，氫鍵理論和優(yōu)先吸附的毛細(xì)管流程理論等。按照篩網(wǎng)效應(yīng)理論的觀點(diǎn)，膜技術(shù)實(shí)際上是一種在壓力差推動(dòng)下的細(xì)微孔過濾。充滿了微細(xì)小孔的膜就象一個(gè)篩子，把大于和一些小于篩孔的物質(zhì)截留下來，從而實(shí)現(xiàn)了雜質(zhì)的分離。根據(jù)細(xì)微孔的大小，膜技術(shù)可以分為反滲透（OR）、納濾（NF）、超濾（UF）和微濾（MF）等許多種類。反滲透的細(xì)微孔在1nm以下，可以截留0.1nm以下的無機(jī)離子，小分子，病毒、細(xì)菌和隱性孢子蟲。納濾膜的細(xì)微孔在5nm以下，可截留部分無機(jī)離子以及病毒細(xì)菌和孢子，超濾膜的細(xì)微孔在5nm至100nm這間，是一種典型的篩濾分離，能去除分子量為300到30萬的大分子以及粒徑為數(shù)納米至數(shù)十納米的細(xì)菌，病毒和膠體微粒。微濾的膜孔徑在200nm至1000nm（10μ）之間，可去除20nm的細(xì)菌，粘土微粒和粒徑在20nm以上的雜質(zhì)顆粒。應(yīng)該指出：除篩濾作用外，納濾和反滲透還有滲濾作用，這是超濾和微濾所不具有的。隨著各種濾膜細(xì)微孔徑的減小，膜技術(shù)的操作壓力也隨之升高，如微濾的操作壓力為100kp，超濾的壓力則可上升到40kp，對(duì)反滲透而言，壓力則要上升到2MP至5MP左右。反滲透的去除性能非常優(yōu)異，但因操作壓力過高，限制了它的廣泛應(yīng)用。比較起來，納濾則更適合于西北干旱地區(qū)。納濾的核心裝置是低壓反滲透膜。納濾的反滲透之所以可以在較低的壓力下進(jìn)行，是因?yàn)樵诳嘞趟芤汉投嗫椎募{膜接觸時(shí)，膜界面上首先形成了由水分子構(gòu)成的吸附層，這一吸附層厚度與苦咸水的含鹽量有關(guān)。如果膜的微孔孔徑小于或等于2倍的純水層厚度時(shí)，純水便可在壓力作用下不斷地通過膜孔流出而將鹽類截留在膜外，苦咸水也就完成了它的淡水過程。這就是優(yōu)先吸附毛細(xì)管流程淡化理論。納濾用于苦咸水的淡化時(shí)，可將總含鹽量降低50%～70%左右。對(duì)三價(jià)離子的去除率將高達(dá)95%，下列是納濾凈化前后的水質(zhì)指標(biāo)情況。

（表一） 原水水質(zhì)及處理后水質(zhì)對(duì)照表 

 

　

    由表可見，納濾不僅有良好的去除污染（如TOC）能力，而且在去除硬度和淡化方面也有明顯效果。和常規(guī)反滲透比較，納濾的操作壓力比較低。在一般情況下，納濾的操作壓力可降至0.5MP～1MP，幾乎是反滲透的四分之一，因而其應(yīng)用前景大大改善。

 

    納濾的濾膜孔徑較小，易于結(jié)垢阻塞。因此，在進(jìn)行納膜處理之前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，以改善進(jìn)水水質(zhì)，延長(zhǎng)膜的使用壽命，確保淡水產(chǎn)量和脫鹽率的穩(wěn)定。確保運(yùn)行費(fèi)用的降低。一般預(yù)處理由微濾和活性炭過濾等環(huán)節(jié)構(gòu)成，而且在預(yù)處理中要采取措施，防止膜污染的發(fā)生。膜污染不僅會(huì)使產(chǎn)水率迅速下降。而且將對(duì)膜造成損害。正確的預(yù)處理設(shè)計(jì)，也是納濾工藝取得成功的重要環(huán)節(jié)，必須引起足夠重視。 

 

    總之，膜技術(shù)，特別是納濾技術(shù)正在完善之中，我希望省內(nèi)行業(yè)同仁能積極參予這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)制造與生產(chǎn)應(yīng)用工作。讓納濾技術(shù)能在西北給排水工程的試驗(yàn)研究和應(yīng)用實(shí)踐中逐步走向成熟。 

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