反渗透技术在宁夏南部山区人饮工程中的应用及发展

陆 阳，袁妮妮

(1.宁夏水利科学研究院灌溉排水研究室，宁夏 银川750021;2.宁夏大学化学化工学院，宁夏 银川750021)

1 宁夏南部山区的水质特点及苦咸水对人体的危害

苦咸水是指水的含盐量高于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］。在我国北方干旱内陆地区，由于降水稀少，蒸发强烈，导致作为主要供水水源的地下水普遍含盐量较高。苦咸水口感苦涩，难以直接饮用，其中超标盐类和杂质对人体危害极大，长期饮用会引起腹泻、腹胀等消化系统疾病和皮肤病，还可诱发肾结石及各类癌症，严重影响生活质量和身体健康［2］。宁夏南部山区三营以南的清水河和泾河干支流两岸为淡水分布区，地下水矿化度多小于1 g/L，属Ⅰ类、Ⅱ类水;三营以北黄土丘陵到中部盐灵台地属于苦咸水分布区，地下水水质差、矿化度多在3～6 g/L之间，部分地区可达到10 g/L，水质化学类型为硫酸盐或氯化物钠镁水。

针对宁夏部分偏远农村地区长期存在的高氟、高砷、苦咸水，且无良好替代水源问题，为落实解决农村饮水安全，需对集中供水采用特殊的净化处理技术。解决总硬度、硫酸盐超标的苦咸水问题，目前最先进和节能有效的处理方法是采用反渗透技术。

2 反渗透膜的分离技术及特性

2.1 苦咸水淡化技术

苦咸水的淡化技术主要有蒸馏法、电渗析和反渗透。蒸馏法在处理高浓度苦咸水方面有一定优势，但成本造价较高，且易腐蚀结垢。电渗析技术在低浓度苦咸水淡化方面最先占有较大市场，但对水质要求较严格，需要针对原水水质进行预处理。反渗透技术目前已发展得较为成熟，相比其他方法，效益高、占地少、能量消耗少、适应范围广、自动化程度高并且出水质量好，逐渐处于主导地位。

2.2 反渗透膜的特点及分离原理

RO(Reverse Osmosis)反渗透技术的原理是利用压力差为动力进行膜分离过滤，由于其孔径小至纳米级，在一定的压力下，水分子可以通过RO膜，而原水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌等杂质无法透过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开［3］。

反渗透技术的特点［4］:(1)脱盐率高，一般稳定在90%以上;(2)有效去除细菌等微生物、有机物，以及金属元素等无机物，出水水质优于其它同类方法;(3)纯水制备及运行人工成本低，环境污染少;(4)减缓了由于源水水质波动而造成的产水水质变化，纯水产水质量较稳定;(5)对后续处理设备的负担影响小，延长了后续处理设备的使用寿命。

3 反渗透膜在苦咸水中的应用及分离特性

3.1 反渗透膜设备的水处理工艺流程

反渗透系统基本组成部分包括:原水供水单元;预处理系统，保证经过预处理的水质能够达到反渗透系统对于COD、SDI、余氯和 LSI等指标的要求;高压泵系统;RO膜单元，是系统核心部分，由压力容器、膜元件、管道和浓水阀门等组成;仪表和控制系统，由PLC、仪表、计算机系统控制运行;同时配备温度表、PH计、压力表、流量计、电导率表等仪表实时监控运行状况;产水储存单元;清洗单元;管道阀门。

在示范区内，人饮安全工程中净水厂采用的工艺流程为:原水(苦咸水)→沉沙池(预沉淀)→多介质过滤器→高压泵→反渗透装置→高压泵→清水池。仪表和控制系统选用北京新水泽源科技有限公司产品，RO膜部件中的压力容器、管道和浓水阀门等选用甘肃省膜科学技术研究院产品，RO膜元件采用芳香族聚酰胺复合膜材料的进口膜元件。

3.2 影响反渗透膜脱盐效率的水质方面因素

影响反渗透膜性能的因素［5］主要有:水源与适当的预处理、进水水质、水通量(产水量)、回收率、排列方式以及药剂的使用等。其中，反渗透膜对进水水质的要求主要有以下几个方面:(1)水温。在相同操作压力下，水温相差1℃，产水量有3%左右的波动，运行温度控制在25℃ ～30℃最佳;(2)pH值。pH值的变化影响膜的脱盐率和给水中某些难溶性盐的溶解度，一般将pH值控制在7.5～8.5之间脱盐率最高;(3)悬浮物。通常用浊度量化地反映悬浮物，悬浮物含量高会导致反渗透系统很快堵塞，影响产水水质和水量，一般要求进水浊度小于1NTU;(4)金属成分。影响较大的有铁、锰、铜、镍、铝、钙、钡、锶，须经过预处理控制在进水要求范围内;(5)有机成分。对于废水回收的系统，进水中TOC、BOD和COD等指标应经过预处理控制在进水要求范围内。

3.3 反渗透膜在宁夏南部山区的应用

西吉县西部长期以来干旱少雨，自然条件恶劣，为解决人畜饮水困难问题，2008年总投资2 998万元建设西吉县西部农村饮水安全工程。在八台轿水库左岸设取水建筑物、净水厂和八台轿加压泵站，取水构筑物从库内取水后，将水送至沉沙池预沉后再送至净水厂净化处理，然后利用加压泵将水扬至山顶高位蓄水池，然后由蓄水池自压向受水区供水，日供水定额40 L/人。工程的建设，极大改善了项目区群众的饮水卫生条件问题，减轻了农民经济负担，取得了良好的经济、社会、环境效益。

3.3.1 苦咸水淡化效果评价及分析

结合生活饮用水卫生标准(GB5749－2006)［6］，对原水及反渗透膜处理水质做水样基本全分析检测，评价苦咸水淡化效果，检测结果见表1。

表1 原水和处理后水质检测结果对比

原水为当地的浅层地下水，水质较差，溶解性总固体含 量在7 000 mg/L左右，硫酸盐含量达到2 510 mg/L，氯化物含量达到1 680 mg/L，属典型的苦咸水，部分水质指标远超于饮用水卫生指标，不宜饮用。经反渗透设备净化处理后，各项指标均达到生活饮用水卫生标准，溶解性总固体含量降为61 mg/L，硫酸盐含量为9.49 mg/L，氯化物含量为22.3 mg/L，脱盐率达到90% ～99%，脱盐效果明显。

通过对原水进行预处理及反渗透处理，有效地去除了超标的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质，溶解性总固体、硫酸盐、氯化物等含量大幅降低，产水水质各项指标均较好，远低于一般生活饮用水的水质指标，达到生活饮用水卫生标准，苦咸水淡化效果较为显著。

3.3.2 反渗透系统运行成本

反渗透设备的产水通常呈酸性不能直接饮用，作为生活饮用水，需兑适当比例的原水调节pH值呈中性。实际运行中，反渗透膜产水30 m3/h，勾兑原水15 m3/h，供水量达到400 m3/d以上，满足了区域内人畜饮水要求。

反渗透系统中的高压泵、仪表和控制系统、管道阀门、RO膜单元压力容器，以及清洗单元使用时间较长。但对于膜元件，由于当地原水水质较差，加之前处理效果不够理想，操作管理人员的技术水平有限等问题，其使用寿命一般在1～1.5 a，膜元件的成本在20～30万元。综合考虑反渗透设备运行成本和泵站输配水产生的各项费用，供水成本在4元/m3左右，向用水户收取水费为3.5元/m3，需要政府的一部分补贴。

3.3.3 注意事项

为保障反渗透系统长期良好运行，降低能耗、减少制水成本，在反渗透膜的操作使用过程中应注意以下几点:(1)进水压力调节适中。(2)进水温度不能过低。(3)进水pH值控制在7.5～8.5之间，脱盐率最高。(4)根据原水水质情况，选择适当的预处理工艺后再进入反渗透膜系统。(5)加强对供水站净化水厂人员的专业能力培训学习，及时掌握膜的运行状态，做好相应的处理、清洗工作。

4 反渗透技术的应用发展前景

反渗透技术于上世纪80年代初获得应用，早期用于电子工业超纯水及饮料业用水的制备及电厂用水处理。现今，反渗透技术已广泛应用于海水淡化、苦咸水脱盐、工业给水高纯水设备等，生活中饮用纯水机及直饮水的核心技术就是反渗透［7］。与此同时，在饮用水方面，我国实际可利用水资源量逐年接近合理可利用水量上限，开发新的水资源如进行海水淡化、苦咸水脱盐势在必行，目前反渗透膜法是最经济清洁的方法;在水环境方面，我国废水、污水排放量正以每年18亿 t的速度增加，全国工业废水和生活污水日排放量近1.64亿 t，其中过半数未经处理直接排入水域，随着国家对环保的重视及大量资金投入、治理工作，因此在环保水处理方面对膜的应用的需求量也将增大。在庞大的市场需求量面前，令人遗憾的是，国产膜的市场应用较少，水处理核心技术反渗透膜大部分被美、日等外国公司垄断，因此，加快膜核心技术的研发投入，加大国产膜技术的应用示范工程推广迫在眉睫。

［1］金熙，项成林.工业水处理技术问答［M］.北京:化学工业出版社.2003;365.

［2］赵印英，孟国霞.山西农村饮水水质与饮水安全技术［M］.北京:中国水利水电出版社.2013;133.

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

［4］张葆宗.反渗透水处理应用技术［M］.北京:中国电力出版社.2004;80.

［5］朱慧晶.反渗透技术的主要性能指标及影响因素［J］.内蒙古石油化工.2011(2);108－109.

［6］中国卫生部国家标准化管理委员会.GB/T 5749－2006.生活饮用水卫生标准.北京:中国标准出版社.2006;4－6.

［7］张媛.论反渗透技术现状、应用及发展趋势［J］.中国科技博览.2011(30);310－311.