农村供水超滤技术运用问题

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当前，超滤技术处理农村水源水逐渐得到广泛应用，然而在农村水厂普遍存在的问题是缺乏技术支持和稳定的资金来源，致使部分农村改水工程搁置不前，有些已建工程由于机电设备老化、各类设施损坏而不能及时维修，多半处于瘫痪或半瘫痪状况，缺乏统一长远的发展规划[1]。在工程管理方面，一些地方领导对饮用水安全问题的严峻形势认识不足，对农村饮用水安全工程没有给予重视和支持，已建工程缺乏后期管理与定期维护，重建设轻管理现象严重[1]。村镇水厂一般也没有严格的规章制度，并缺乏有效的监督机制[2]。如何保证超滤系统在农村水厂中的正常运行和规范管理就变得尤为重要，本文结合重庆秀山农村安全饮水工程，分析超滤系统在实际运行中的管理方法和遇到问题的解决措施。

1工程概况

该饮水工程建设时间为2009年12月，建设地点位于重庆市秀山县龙池镇建国村，并于2010年4月投入使用。设计供水规模为10m3/h，供水受益人口为2940人，工程占地面积为21m2。工程采用以浸没式超滤膜为核心，并附以混凝、粉末炭等预处理技术以及滤后消毒的工艺，出水水质按照国家现行的生活饮用水卫生标准（GB5749－2006）中关于小型集中供水的水质标准严格把关，处理工艺如图1所示。膜组件采用PVC外压中空合金帘式超滤膜，由苏州立升净水科技有限公司提供，其截留分子质量为50000dalton，公称孔径为0.01μm。继电器控制进、出水、加药，反洗、曝气以及排污等程序。其中过滤时间29min，曝气时间1min，曝气循环次数5次，降液时间15s，气水反洗时间20s，排污时间15s。混凝剂采用碱式氯化铝([Aln(OH)mCl3n-m])，通过试验研究确定投加量为0.8mg/L。原水取自当地一个水库，浊度为0.76～5.89NTU，CODMn为2.01～2.54mg/L，水温为7.5～31.4℃，原水氨氮质量浓度非常低，最高时仅为0.26mg/L，其余时间均在0.1mg/L以下。

2超滤系统的日常维护和运行管理

设备的运行、维护及管理过程总是相伴而生的，运行过程中一旦出现了问题就需要及时解决，只有及时的维护、有效的管理才能保证设备长期、正常、高效的运行，还能及时掌握设备运行性能的第一手资料，提高后期工作效率，同时也能积累更多的实践经验，对今后类似工程案例具有宝贵的参考价值。故本工程运行管理主要从以下6个方面做起。

（1）水厂负责人“日值班”制度水厂负责人必须每天去水厂查看一番并做好相关数据的记录。查看的内容包括：整套设备有无人为破坏现象，所有管道、阀门是否漏水，膜池是否有溢流现象，所有设备是否均为正常运行状态。记录的相关数据包括：膜池水温、出水流量。

（2）定期配药配药周期是依据加药桶的容积和加药泵的投加量确定的，为一个星期。

（3）膜池的定期排空虽然设备运行程序中有排水这一环节，但为了节约水资源，每次排水只持续几十秒的时间，而非排空。因此随着过滤的进行，膜池内浓缩液的浓度会越来越浓，而且膜池内水面上会漂浮一层很厚的油垢状物质。这会增加膜的污染程度，使膜阻力增大，通量下降。建议每个星期对膜池进行一次排空，且在排空的同时伴随曝气，这样会使膜丝在池内液位下降的整个过程中都保持扰动状态，防止水中杂质重新吸附到膜丝上。

（4）鼓风机油量的定期检查鼓风机在曝气过程和反冲过程中都要运作，耗油量也比较大，为保证其正常运行，需要定期检查其主机内的剩余油量（建议每个月进行一次）。

（5）空压机的定期“排水”为保证各气动阀门的正常运转，空压机必须时刻保持气管中有充足压力的气体，长期压缩空气后，储气压力罐中会有水的集聚，随后水又会锈蚀压力罐。所以要定期打开储气压力罐底部的泄压阀以排出内部的积水和锈渍，建议每个星期进行一次。

（6）膜的定期检漏在运行过程中，膜丝往往会因水中大颗粒杂质在曝气过程中扰动而被划破，或者因为膜架上螺丝没有拧紧而导致膜束与集水管之间出现漏缝。以上两种情况均会导致膜的截留能力大大降低，出水水质得不到保证。因此，需要定期对膜进行检测（建议每3个月进行一次），了解其完整性状况，以防出现使用坏膜。

3超滤系统运行实际问题及解决对策

本示范工程在运行过程中因多种不确定因素而产生了很多不确定问题。由于目前此类示范工程的案例非常稀缺，种种不确定因素的暴露也属正常现象，总结本示范工程运行阶段出现的问题及解决方法，可以为后期类似工程提供案例参考和经验指导。

3.1超滤系统膜丝破裂

在超滤系统运行3个月之后，超滤系统抽水时伴随着大量的气泡出现，产水能力急剧下降，由设计流量的10m3/h降到了3m3/h。发现问题之后立即停止设备运行，对故障原因进行分析。对事故的原因初步判断为膜破裂或者产水管道上出现裂缝，故对膜丝和管道进行检漏。膜检漏时所用到的核心工具为气动两联件，检漏时，先将膜架顶部的检漏阀关闭，调节气动两联件，使其上的压力表显示为0.08MPa，然后打开检漏阀，观察压力表读数的变化，持续10min，同时观察膜池内有无气泡上升。如若膜丝出现破损或膜束与集水管之间出现漏缝，膜池内定会有气泡上升，同时压力表的压力值也会下降。气泡的大小以及压力值下降的快慢程度均可反映膜丝破损的程度或漏缝的大小。观察发现气动两联件上的压力变的压力降超过0.005MPa，随后观察管道无漏气的部位，但是膜池内有气泡出现，说明装置可能存在连接件断裂、O型圈漏水或者断丝情况。将超滤膜架从膜池中抽出，卸下漏气的超滤膜帘，发现造成事故的原因是膜丝断裂。针对此情况采用膜针配合专用胶，封堵在膜丝断丝点上。凝固5min后去掉膜针封头。再次进气检验封堵效果发现膜池内没有气泡出现，压力没有下降。在做完整性检测后，膜丝内充满空气。在恢复运行前一定要对超滤装置进行排气，否则会破坏超滤膜，通过真空泵抽取膜丝内的空气，直至透明塑料软管上有水流出。

3.2跨膜压差迅速增大

对超滤膜设备从4月到11月持续运行过程中的跨膜压差进行统计，其每月的平均值变化见图2。通常把初始运行时膜的压差作为评判压差上升的起点值，到膜压差的变化Δp＞50kPa时，即可进行离线清洗。故在11月28日对超滤系统进行了离线清洗，采用药液浓度（质量比）为0.8%的盐酸和药液浓度（质量比）为0.5%的次氯酸钠依次加入膜池中，分别浸泡8h和12h，同时每1h曝气一次，浸泡结束后，排除药液，用清水冲洗残留药液以及被理解的残余污泥。进行化学清洗后，半个月内运行状况又迅速恶化，跨膜压差再次迅速增大。原因分析为：

（1）由于本系统是安装于室外，膜池内的平均水温为7.5℃，同时水源水的浊度长期处于10NTU以下，水质比较稳定，形成微污染低温低浊水，在此水质条件净化过程中，絮凝体形成缓慢，絮凝体颗粒细小、松散[3-4]，以至于难以形成较大的矾花；

（2）进入冬季之后，水源水比较充足，致使超滤设备一直处于满负荷运行，比之前几个月的负荷大很多。基于以上两个个原因间接导致膜的快速污染，跨膜压差的急剧增长。

结合以上原因分析，因为水源温度是难以控制的，除了加强监测，从改善超滤混凝和强化超滤曝气与反洗效果人手，重点进行了如下改进和优化：

（1）单一的混凝剂处理效果欠佳，同时还会导致滤池负担加大[5]，故在原基础上根据烧杯实验确定投加0.5mg/L的PAM助凝剂，使原水中的颗粒能够形成较大的矾花。

（2）强化曝气效果，把原来每次循环的曝气时间1min增加到1.5min，同时汽水反洗也由20s增加到30s。通过以上两个解决措施，膜污染得到了有效的控制，跨膜压差增长趋于缓慢。

3.3自动化控制故障

超滤系统是采用西门子公司的PLC控制系统S7-200系统的自动化控制系统设备，一旦控制系统出现故障，超滤系统将停止产水，影响村民的正常生活起居。在超滤系统运行中出现的问题主要集中在以下两方面：

（1）因本系统处于室外环境中，早上露水特别多，使PLC内部长期处于潮湿，时间稍长后，PLC电控柜出现了短路问题，烧坏了很多原件，导致控制系统无法正常工作。所以在本工程中针对此问题的解决办法是：定期为PLC电控柜通风，使其中的水汽蒸发；特别为PLC电控柜加设了一个外保护壳，尽量隔绝了空气中的水分，保持控制柜及PLC内部干燥，可大大降低PLC故障率。

（2）由于农村的电力设施经常会因雷电而遭到毁坏，所以停电现象会时有发生。断电后设备即停止运行，但当电力系统恢复后，电控柜控制面板上的“自动／手动”总开关虽仍处于“自动”状态，设备却不能自动恢复运行，需要手动操作方能实现。具体做法为：将“自动／手动”总开关，先打至“手动”，再打至“自动”，设备即可恢复自动运行。因此，当电力系统恢复正常后，需要水厂负责人及时去现场手动恢复。

3.4产水泵启闭频繁

根据水厂原有的进水流量和本示范工程的设计供水量，结合设备运行程序，产水泵不应该频繁启闭，只会在曝气阶段的前后关闭和开启。由于天气干旱，水源地的水量大为减少，导致设备的进水流量较出水流量偏小，而产水泵的启闭是由膜池内的液位继电器通过“高开低停”的方式控制，所以当膜池内液位达到继电器的高位探头位置时，产水泵启动，由于产水流量大于进水流量，随过产水过程的进行，液位很快到达继电器的低位探头，产水泵关闭。所以产水泵会频繁启闭。解决方法：一方面，调节产水管道进入清水池的手动阀门的开启度，使产水流量尽量减小到与膜池进水流量大致相等（保证出水流量稍大于进水流量）；另一方面，调节膜池内的液位继电器，使其高位探头与低位探头的高差适当增大，以延长液面下降的时间。通过这两方面的措施，水泵的启闭频率大为减小。

4结论

应用超滤技术，能有效降低原水浊度，同时能完全去除各种病原微生物，设备出水水质和管网末梢水质均达到国家标准，能够保障我国农地区的供水水质安全。由于农村饮水安全工程本身的特点、性质和所服务的对象，决定了工程建后管理所面临的问题错综复杂。只有在农村安全供水工程建立之后，推行行之有效的管理措施才能使超滤系统在农村安全供水中的应用长期稳定的运行。超滤系统在重庆秀山应用已一年多，尽管在使用初期出现问题比较多，但通过对问题的分析和总结研究，并及时对系统存在的错误做出调整，当前超滤系统运行平稳，同时维护量极小。