一体化超滤系统在农村供水工程中的使用效果

农村供水安全关系到广大农民群众的生命健康，受 到社会各界的广泛重视，因此，农村供水工程的建设对 于改善农村居民生活和保护农村居民健康具有十分重要 的意义。虽然近年来农村饮水安全水平整体有所提高， 但广大山区乡镇由于经济条件和管理水平的限制，仍存 在净水设施难以稳定运行的情况 。由于村镇供水设施 规模较小且分散，传统的“混凝—沉淀—过滤”工艺不 仅会增加投资和运行成本，而且技术管理水平要求高， 难以保证出水水质持续符合标准 。超滤技术是一种基于物理分离方法的绿色净水技术， 具有出水水质好、水源适用性强、运行自动化等优点， 被称为“城镇饮用水第三代净化工艺”。超滤技术对水 中的不溶解物质和细菌具有很好的截留效果，只需要投 放少量的消毒剂，便可提升饮用水的水质和口感。随着 膜技术发展的成熟和超滤膜生产成本的降低，超滤技术 在一些发达地区的城镇自来水厂已广泛应用，并逐步在 广大农村地区得到应用 。然而，由于农村供水工程自身的特点，常规的市政 给水超滤系统在农村饮水工程中应用时，存在运行通量 过高 、系统复杂、维护难度大、系统集成化程度低等问题， 难以实现常态化稳定运行。因此，要想实现超滤技术在 农村供水工程中的普及应用，工艺的集成化和系统简化十分必要。

1 集成一体化超滤系统的研发中试

1.1工艺流程

山区农村使用的饮用水源普遍存在浊度波动大、微 生物超标等问题。因此，系统需要以低通量超滤工艺为 核心，采用“预过滤 +超滤 +消毒”工艺流程。同时， 针对地下水水源铁、锰超标的问题，可以选配除铁、锰工艺模块。核心工艺流程如图 1所示。

1.2系统特点

针对山区农村的小规模集中供水，系统以“出水水 质优、系统简化、低成本维护”为目标，集成各个工艺 段和物联网控制系统，具备模块化、易拆装的特点。低 通量超滤工艺的使用可以有效降低膜的不可逆污染程度， 从而使出水量和水质在短时高浊度下保持稳定，延长膜 清洗周期。在集成一体化超滤系统前端设置预过滤单元， 可以对原水中的悬浮物起到拦截作用，且过滤速度快， 滤料清洗方便。

与此同时，集成一体化超滤系统对进水水头的要求 很低，仅利用取水点与净水设施之间的高差，便可通过重力自流完成净水。例如，通过在高位设置反洗槽，可实现各个单元的水力反冲洗。预过滤和超滤单元均采用重力反洗的方式，有利于降低能耗，实现系统简化。此外，集成一体化超滤系统的所有净水单元均采用物理过滤方法，只需要投放少量含氯的消毒液，就能满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）对余氯的要求，能更好地适应农村地区的经济条件和管理水平。

1.3工艺参数

超滤单元采用国产的柱式膜组件，膜材质为聚 偏氟乙烯。采用全流过滤方式，膜运行通量为 10— 15 L/（m2·h）；采用单水反洗，反洗强度为 42 L/（m2·h）， 反洗周期为 8—12 h，反洗时间为 3—5 min。预过滤单 元的过滤速度为 25 m/h，反洗周期为 12 h，反洗时间为2 min。

1.4试验结果

本研究采用地表山泉水作为原水进行中试试验，检 验集成一体化超滤系统的连续运行效果。在线浊度仪分 别设置在系统的进、出水端，对水的浑浊度进行检测， 结果如图 2所示。系统的进水浑浊度在 4—70 NTU，在 一定时间范围内有较大波动，与降雨后山泉水水源浑浊度升高的规律相符。经过系统的过滤净化后，出水浑浊 度稳定在 0.1 NTU以下，符合《生活饮用水卫生标准》 （GB 5749—2022）的要求。中试试验结果表明，集成一 体化超滤系统具有良好的净化效果。

在中试过程中，本研究在集成一体化超滤系统的进 水和出水管路上分别设置了压力传感器，记录运行过程 中的跨膜压差（TMP）变化，结果如图 3所示。由于不 可逆膜污染的存在，该系统的 TMP随着时间的推移而逐 渐增加，但其平均增长率仅为 0.015 kPa/h，比城镇自来水厂超滤系统的 TMP增长速率低 。这有利于延长膜的 化学清洗周期，从而降低运行成本，提高膜的使用效率。

2 案例一：地表水净化

2.1工程概况

A水厂位于粤西某县，水源为地表山塘水。水厂设 计供水规模为日供水 180 t，设计服务人口 1080人，供水 范围涉及多个自然村。工程于 2021年 12月实现通水。

2.2工艺流程

2.3运行成效

2.3.1出水水质

项目建成通水后，建设方委托第三方检测机构对出 厂水的水质进行检测。各项水质指标均满足《生活饮用 水卫生标准》（GB 5749—2022）的限值要求。其中，浑 浊度＜ 0.1 NTU，菌落总数为 0，远低于限定值。这表明 集成一体化超滤系统在农村饮水质量安全提升过程中发 挥了重要作用。

2.3.2运行成本

A水厂的净水系统采用重力自流，不需要动力泵， 日常运行成本仅包括消毒费用、清洗药剂的费用和电费。 同时，集成一体化超滤系统采用低通量运行方式，延长 了膜的化学清洗周期，平均每 3个月进行 1次化学清洗。 系统装机容量约 150 W，用电设备包括计量泵、自控阀 门和 PLC（可编辑逻辑控制器）系统。根据水厂投产以 来的实际用电量及药剂使用量，计算出具体的成本，如 表 1所示。A水厂的直接运行成本合计为 0.046元 /m3， 其中药剂成本占 90%。

项目		单价	月消耗量	单位成本
用电		0.8元 /（kW·h）	32 kW·h	0.0047元 /m3
药剂	次氯酸钠	4.2元 /kg	53.2 kg	0.0414元 /m3
	氢氧化钠	10元 /kg	0.13 kg	0.0002元 /m3

3 案例二：地下水净化

3.1工程概况

B水厂位于粤西某市，为村级水厂，设计供水量为 120 m3/天，供水范围为所在行政村辖区内各自然村，服 务人口约 2000人。水厂所选用的水源为地下水，井深约 50 m。由于该地的地下水存在铁、锰含量较高的情况， 因而在集成一体化超滤系统中增加了除铁、锰砂滤模块。 项目于 2021年 1月通水运行。

3.2工艺流程

3.3运行成效

3.3.1出水水质

建设方在供水设施开始运行后，定期委托第三方检测机构开展出厂水水质检测工作。结果显示，出水指标 完全符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2022）的 要求，铁、锰含量均低于限值，菌落总数为 0，远低于限 定值。这说明集成一体化超滤系统有效提高了饮用水的 安全性。

3.3.2运行成本

由于 B水厂以地下水为水源，需要使用深井泵对原水进行提升，因而无法利用重力自流，日常运行成本 以深井泵的能耗为主。其他日常运行费用还包括超滤系统的消毒费用、清洗药剂的费用和电费等，具体成 本构成见表 2。表 2数据由水厂自投产以来的实际耗电量及药剂使用量整理得出。B水厂直接运行费用合计为 0.203元 /m3，其中电费占比为 82%。

项目		单价	月消耗量	单位成本
	用电	0.8元 /（kW·h）	746 kW·h	0.1658元 /m3
药剂	次氯酸钠	4.2元 /kg	31.3 kg	0.0365元 /m3
	氢氧化钠	10元 /kg	0.08 kg	0.0002元 /m3

4 结论

第一，集成一体化超滤系统的出水水质各项指标均 能满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）的要求， 水的安全性显著提高。

第二，通过工艺参数的调整，集成一体化超滤系统 能够有效应对膜污染，以及使用于不同的水源，且超滤 膜的污染速率低于城市给水厂的同类系统。

第三，集成一体化超滤系统通过有效利用山区的重

力势能，大幅减少了运行能耗，使水厂直接运行费用低 至 0.046元 /m3。

第四，集成一体化超滤系统通过模块化、集约化设计， 有效保证了农村饮用水的质量，并降低了建设及运行维 护成本，与农村供水工程经济、管理水平相适应，具有 显著的应用效果。