西部大開發(fā)將以城市化和城市建設(shè)為重點向前推進(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)工藝的各個環(huán)節(jié)。
實現(xiàn)工程建設(shè)節(jié)約資金和工程運行‘三降兩提高’的發(fā)展目標(biāo)。經(jīng)過多年實踐,我國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)省基建費用,還可以減少能耗,降低藥耗,實現(xiàn)混合過程的管道化。使混合工藝更加簡便、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)量級的微小渦旋運動是絮凝反應(yīng)的推動力量;
②在反應(yīng)池中設(shè)置網(wǎng)板,調(diào)整了反應(yīng)池的流動狀態(tài),改善反應(yīng)池中的無規(guī)大渦湍流運動,形成較為有秩的網(wǎng)后水流流動場。在網(wǎng)后水流的湍流場中,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)后流場中將出現(xiàn)各向同性湍流。各向同性湍流能對絮凝體產(chǎn)生各向均等的揉動作用力,把絮體制作得更加均勻密實,便于沉淀;
④對于不同水質(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)過二十多年的實踐運用,證明網(wǎng)板反應(yīng)技術(shù)原理科學(xué),設(shè)備簡單,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)時間已從傳統(tǒng)的30分鐘縮短至5~10分鐘,降低了造價,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的運行費用。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)場施工,周期長、造價高,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,因為只有實現(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、加工制造等各個環(huán)節(jié)實現(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)的物美價廉。我們希望行業(yè)的有識之士與我們共同合作,針對西北的不同水源條件,設(shè)計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,價格也大幅下降,在荷蘭,近五年來每平方米超濾膜價格已降至原來的1/5,預(yù)計很快將降至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、過濾消毒這個應(yīng)用了幾個世紀(jì)的常規(guī)處理技術(shù)。可以說膜技術(shù)的發(fā)展,將引起水處理技術(shù)的重大變革。對膜技術(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,膜技術(shù)實際上是一種在壓力差推動下的細(xì)微孔過濾。充滿了微細(xì)小孔的膜就象一個篩子,把大于和一些小于篩孔的物質(zhì)截留下來,從而實現(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,是因為在苦咸水溶液和多孔的納膜接觸時,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,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,可將總含鹽量降低50%~70%左右。對三價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),延長膜的使用壽命,確保淡水產(chǎn)量和脫鹽率的穩(wěn)定。確保運行費用的降低。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。膜污染不僅會使產(chǎn)水率迅速下降。而且將對膜造成損害。正確的預(yù)處理設(shè)計,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技術(shù)的設(shè)計制造與生產(chǎn)應(yīng)用工作。讓納濾技術(shù)能在西北給排水工程的試驗研究和應(yīng)用實踐中逐步走向成熟。
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