2021年第4期广东化工
第48卷总第438期www.gdchem · 93 · 以高矿化度地下水为水源的净水厂工程 丁宁1，王陆涛2，郭辉3，谢鑫1，杜智军1
(1．南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏南京210001；
2．中建八局第三建设有限公司，江苏南京210046；3．南方汇通股份有限公司，贵州贵阳550014) [摘要]乌海市某净水厂以地下水为水源，原水具有高矿化度、高硬度等特点。净水厂采用“机械澄清池+多介质过滤器+内压式超滤+反渗透”组合工艺对原水进行净化处理，并采用反渗透产水与超滤产水勾兑的形式降低反渗透设备投资。净水厂供水规模为1.4万m3/d，产水水质 达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求，反渗透浓水送往园区污水厂实现零排放处理。
[关键词]净水厂；脱盐；内压式超滤；反渗透
[中图分类号]X52 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)04-0093-03
The Project of A Waterworks with Raw Water Coming From High Salinity
Groundwater
Ding Ning1, Wang Lutao2, Guo Hui3, Xie Xin1, Du Zhijun1
(1. Nanjing Water Planning and Designing Institute .Corp. Ltd., Nanjing 210001；2. The Third Construction Co., Ltd., of China Construction
Eighth Engineering Division, Nanjing 210046；3. South Huiton Co., Ltd., Guiyang 550014, China) Abstract: A waterworks in Wuhai takes undergroud watger as the water source, the raw water has the characteristics of high-salinity high hardness. The waterworks used the “mechanical clarification tank + multi-media filter + inernal Ultra Filter(UF) + Reverse Osmosis(RO)” process to treat the raw water, in addition, blending of filtered water and product water of RO can reduce the cost of RO. The water supply ability is 14000m3/d, effluent achieve drinking water health standard, condensed water from RO achieve “zero emissions” in industrial park sewage treatment plant.
Keywords: Waterwroks；Desalination；Inernal UF；；RO
虽然国家对地下水资源的开采有着严格规定和限制，但是对于一些西部缺水地区，地下水仍然是重要的生活和工业用水水源[1]。相对于地表水来说，地下水具有浊度低、硬度高、矿化度高等特点[2]。
有研究对地下水水质进行评价分析，发现有近60 %的地下水存在项目超标问题，主要超标项目包括，硬度、氨氮、硝酸盐、有机物、铁、锰和矿化度等。其中，矿化度(总溶解固体，TDS)超标，往往伴随着硝酸盐、硬度、氯离子和硫酸根离子超标。对各流域地下水矿化度进行排查结果表明，黄河流域、海河浅层、淮河浅层和西北内陆的矿化度超标率分别达到39 %、39 %、26 %和34 %[3]。高矿化度原水作为供水水源可造成饮用水口感异常、影响人体健康，同时可导致工业用水设备腐蚀甚至产品不达标[4]。因此，净水厂采取妥善措施对高TDS原水进行脱盐，不仅保障居民生活用水、企业用水安全，也对供水系统设备设施的正常运行有重要意义。
1 净水厂概况
乌海经济开发区低碳产业园以煤化工为主产业，同时基于优越的交通等物流条件，发展物流仓储行业。园区作为资源型城市向工业城市转型发展示范区，对当地和周边城市发展具有重要意义。在本项目建成之前，园区内生活和工业用水为直接开采地下水，无法进行地下水规范化管理，且水质硬度和矿化度超标，无法达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，严重制约了园区的经济发展。
1.1 水厂规模
根据规划，产业园生活用水量、公共管理和公共服务设施用水量中期规划(2020年)为1.4万m3/d，综合考虑经济和管理因素，净水厂规模设定为1.4万m3/d，并预留远期用地。
1.2 水质标准
根据水源比选，本项目以原有海勃湾水源井为项目水源，目前已有水源井8眼，净水厂设计出水水质应达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求。水源井加权平均水质和目标设计水质见表1，由表1可知，原水中总硬度、硫酸根、氯化物、总溶解性固体(TDS)和挥发酚超出标准要求。
表1 设计水质Tab.1 Designed water quality
项目pH TDS 氯化物硫酸盐硬度(CaCO3) 挥发酚/ mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
水源加权平均水质7.6 1518 333 310 974 0.003 设计出水水质 6.5~8.5 1000 250 250 450 0.002
2 净水厂核心工艺选择
根据进出水水质分析可知，净水厂应去除的主要污染物为TDS和挥发酚等，常规处理工艺如混凝沉淀、过滤、吸附和臭氧催化氧化等无法去除硫酸根、氯化物和TDS[5]。原水除盐的主流工艺有电渗析、离子交换和膜处理等[6]。
电渗析法是通过离子交换膜的选择透过性，利用外加直流电场，进行离子分离。电渗沂工艺除盐效果好，产水率高，运行稳定，药剂消耗量小。但是电渗沂工艺一次性设备投资较高，而且对于进水电导
有严格限制，多用于精细化工行业，不适用普通生活净水厂[7]。离子交换法是利用离子交换树脂中的离子与水中待去除离子进行交换，使水中离子得以去除，当树脂吸附饱和后采用酸、碱进行树脂再生。离子交换树脂出水水质好，一资性设备投资适中，树脂可通过再生药剂改变而改变吸附目标物质[6-8]。对于本项目TDS较高的情况，采用离子交换会导树脂频繁再生，产水率下降，药剂使用量过高，因此并不合适。
目前，针对生活净水厂高TDS地下水除盐的主流工艺为膜法脱盐，包括反渗透(RO)和纳滤(NF)两种[9-10]。RO原理是对含盐量高的一侧溶液施以外界压力，使高含盐量的水透过半透膜进入含量低的一侧，而盐份仍留在浓盐水，从而实现子除盐的目的。纳滤膜孔径一般在1 nm左右，单价离子、分子量低于200的小分子物质以及水分子能透过NF膜，大分子和多价离子无法透过。
现从脱盐效果、投资运行成本、能耗等角度对这两种工艺进行比选(因膜处理这对挥发酚的拦截率均超过97 %，因此在本文暂不比较这两种工艺对挥发酚的去除效果)。利用陶氏计算软件模
[收稿日期] 2020-12-15
[作者简介] 丁宁(1989-)，女，硕士研究生，注册公用设备(给水排水)工程师，注册环保工程师，注册咨询工程师(投资)，工作方向为水处理设计工作。
广 东 化 工 2021年 第4期
· 94 · www.gdchem 第48卷 总第438期
拟RO 和NF 两种膜对原水的除盐效果和运行条件，详细数据见表2。根据陶氏膜手册，RO 和NF 分别选用适用于地下水原水处理的陶氏苦咸水膜BW30-400和纳滤NF270-400。单支膜产水率为15 %，单支膜壳内6支膜串联，成套设备采用两段式，单段产水率50 %，成套设备产水率为75 %。
表2 RO 和NF 技术经济比较
Tab.2 Technical& Economic Comparison between RO and NF
项目 产水TDS 产水氯离子 产水硫酸根 进水压力 设备投资 能耗 mg/L mg/L mg/L bar 万元/(m 3·h)
kWh/m 3 NF 928 308 14 3.13 1.31 0.14 RO
28.4
6
5.6
8.24
0.75
0.38
由表2可知，NF 的能耗只有RO 的37 %，成套系统一次性投资高于RO 约75 %，运行压力较RO 低62 %，从长期运行角度来说，其经济成本相当。但是NF 对氯离子基本没有去除能力，从本项目模拟结果来说，产水氯含量仍然高达308 mg/L 仍超过《生活饮用水卫生标准》，因此并不适用。相比于NF 而言，RO 装置除盐率高达98 %，对几乎所有离子的去除率都高于95 %，可通过RO 脱盐水与UF 产水勾兑的形式降低投资和运行成本。综上所述，本项目采用RO 工艺作为高矿化度原水脱盐措施。
3 净水厂工艺流程
3.1 净水厂工艺方案确定
根据表1中原水水质可以看出，其硬度达到974 mg/L ，高硬度下进行RO 脱盐可导致RO 浓水侧无机结垢。因此在预处理阶段采用澄清池形式，投加碳酸钙和纯碱进行化学除硬。通过硫酸盐结垢计算，为了节约加药量，出水硬度值设为300。澄清池出水浊度可控制在10左右，在进入膜系统前仍需进行过滤降低浊度。目前常用于膜系统预处理的过滤工艺包括V 型滤池和多介质过滤器。与V 型滤池相比，多介质过滤器作为压力式过滤器，占地面积稍大，但是处理效果更为稳定。多介质过滤器中无烟煤有
一定的吸附作用，在进水浊度小于10的条件下，可保证出水浊度小于1，因而本项目选择多介质过滤器。
本项目核心脱盐工艺为RO ，RO 要求进水污染指数(SDI)＜3，避免RO 膜污堵。一般采用超滤(UF)对进水中胶态物质进行去除，UF 不仅能去除大分子胶态物质，还能过滤掉绝大多数细菌和部分病毒，对净水厂用水安全起到积极作用。目前，用于净水处理的UF 形式包括内压式和外压式，这两种形式的膜均为中空纤维膜，区别是过滤方向是由内而外和由外而内。与外压式相比，内压式UF 出水水质更好，耐污染性稍差，因此多用于进水水质良好的领域，如地下水和地表水预处理等。此外，内压式UF 在反洗中无
需气洗，因此运营成本更低，操作更简单，且产水率一般要高于外压式UF 。本项目原水为地下水，水质优良，因此采用内压式UF ，材质为PES [11]。UF 出水进入RO 装置进行脱盐，RO 装置前需设保安过滤器，作为警示保护作用，并采用高压泵作为压力提升装置。
3.2 净水厂勾兑方案确定
针对原水总TDS 超标的现象，本项目采用RO 作为核心工艺对原水进行脱盐，RO 脱盐率三年内可保证97 %以上，而作为自来水，单纯以RO 脱盐水作为供水不仅成本太高，也不利于居民饮用。因此，综合考虑原水和RO 产水各项指标，本工程采用RO 产水和部分超滤产水进行勾兑的方式，产水各项
指标均能满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)水质要求，具体指标见表3。
表3 主要水质指标
Tab.3 Main water quality indicators
项目 单位UF 产水部分
RO 产水部分
勾兑后水量 m 3/d 2600 11400 14000TDS mg/L 1518.0 28.4 305 氯化物 mg/L 333.0 6.0 67 硫酸盐 mg/L 310.0 5.6 62 硬度(CaCO 3)
故障诊断方法mg/L
100.0
2.7
切筋
21
3.3 净水厂水量平衡图
进水厂原水经澄清、过滤后进入UF
装置进行预处理，一部分UF 产水直接进入清水池，另一部分经RO 脱盐后再进入清水池进行勾兑，详细水量平衡图见图1。
图1 水量平衡 Fig.1 Water balance
石墨密封圈4 净水厂设计
4.1 澄清池
本项目采用机械澄清池进行化学除硬，根据水质分析，由于硬度大于碱度，因此需投加石灰和纯碱进行除硬除理，此外还需要投加混凝剂和絮凝剂降低出水浊度[12]。本项目设置两座澄清池，单池处理
流量400 m 3/h ，有效水深5.7 m ，上升流速2.68 m/h ，直径14.3 m 。
4.2 多介质过滤器
澄清池出水浊度无法满足UF 进水要求，本项目采用多介质过滤器进一步降低原水中的浊度。本系统设置11台多介质过滤器，10用1备，单台设计流量80m 3/h ，反冲洗周期为24 h 。多介最大设计流速8 m/h ，主体设备直径选择3.2 m ，设备内无烟煤和石英砂填充高度分别为0.6 m 和0.3 m ，设计出水浊度＜1。 4.3 内压式UF
UF 采用内压式中空纤维膜形式，材质为PES ，设计通量不大于60 L/h 。设置4套UF 装置，产水率为95 %，单套产水量为185 m 3/h 。单套设备膜面积为3400m 2。UF 反洗通量为150 LMH ，反洗泵规格为Q=510 m 3/h ，H=25 m ，不需要设置气洗装置。UF 根据污染情况，定期采用碱、酸、和次氯酸钠进行CEB 和CIP 。
4.4 RO 系统
RO 系统总产水量为11400 m 3/d ，包括保安过滤器、高压泵和成套反渗透膜系统三部分。保安过滤器大通量滤芯材质为PP ，过滤精度为5 µm 。根据DOW 膜计算软件，RO 系统运行进水压力为0.84 MPa ，考虑压力损耗等因素，高压泵压力选择1.2 MPa 。膜系统设置4套，产水率为75 %，单套产水
量为160 m 3/h 。单套系统采用一级两段式，共234支膜，单支膜壳内膜元件数为6，一段和二段膜壳数分别为26和13。RO 设置冲洗泵规格为Q=170 m 3
/h ，H=30 m 。 4.5 清水池
目前，乌海经济开发区仍然处于前期建设中，缺乏详细的供水曲线资料，且供水配水管网中未设置调节构筑物，故清水池有效容积设计按规定要求，取最高日用水量的10 %~30 %。本项目设置清水池有效容积为4000 m 3，为最高日用水量的28.5 %，有效水深5 m ，占地面积500 m 2。净水厂送水泵房采用大小泵组合配置，设计流量为21000 m 3/h 。提升泵采用并联形式，设置3台大泵，2用1备，规格为Q=350 m 3/h ，H=45 m ；2台小泵，1用1备，规格为Q=175 m 3/h ，H=45 m 。
5 净水厂运行情况
2021年第4期广东化工
第48卷总第438期www.gdchem · 95 ·
克氏锥虫5.1 净水厂主要工艺段水质
净水厂于2018年投产运行，目前日产水量为12500~14200 m3/d，净水厂设备稳定运行，各工段主要
水质参数见表4所示。由表4可知净水厂清水池即产水水质达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)水质要求。
净水厂产生的废水、UF浓水和RO浓盐水具有高盐、高硬等特点，无法进行处理回用。根据环评，净水厂浓盐水转输至园区污水厂进行零排放处理。
表4 各工段水质
Tab.4 Water quality in various stages of the process
项目pH TDS 氯化物硫酸盐硬度COD 挥发酚
单位/ mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
UF产水7.4 1394.6 312.1 243.5 135.5 1.5 /
RO产水 6 22.8 4.9 3.4 8.0 / /
清水池 6.6 277.6 62.0 48.0 31.7 / /
RO浓水7.0 5742.0 1276.0 1528.0 1328.0 26.0 /
5.2 净水厂运行费用
净水厂主要运行费用包括电费、药剂费、人工费、设备维修费(含膜设备更换费用)，总吨水处理费用为1.88元，各分项费用见表5。
表5 运行费用表
Tab.5 Operation costs table
序号项目吨水耗量单位数值单位元/吨水备注
1 电费0.83
脱盐电费 1.10 度0.75 元/m30.83
2 药剂费用0.80
盐酸(30 %) 0.05 kg 650 元/ m30.03
碱(31 %) 0.05 kg 1200 元/ m30.06
杀菌剂(10 %) 0.10 kg 1500 元/ m30.15
还原剂0.05 kg 3100 元/ m30.16
非氧化性杀菌剂0.01 kg 16000 元/ m30.08
阻垢剂0.01 kg 40000 元/ m30.20
PAC 0.04 kg 3000 元/ m30.12
3 设备维修更换0.26 膜更换费
4 总运行 1.88
6 结论
(1)生活净水厂以高矿化度地下水为水源，选择RO为核心工艺进行脱盐，可根据原水TDS确定勾兑比例，降低反渗透装置一次性投资和后续水厂运营成本，同时可保持生活用水中一定的TDS含量。
(2)生活净水厂选择RO工艺进行脱盐前应根据进水硬度和硫酸根离子等条件确定是否要预除硬，保证RO浓水侧不发现无机结垢。
(3)生活净水厂原水多为地下水和地表水，在水质相对良好的条件下，UF装置可选用内压式UF，不仅
出水水质更稳定，且产水率高，无需额外气洗装置，降低投资和运营成本。
网络墓地
(4)RO工艺产生的浓盐水根据原水水质特点，一般来说含有一定浓度在COD、氨氮，且有高TDS、高硬度、低浊度等特征，该类废水的回用和排放有一定的限制，应在前期分析比较制订合理的处理措施。
参考文献
[1]郑勇．新疆克州地下水超采评价及管理建议[J]．水利规划与设计，2020(07)：37-41+89．
[2]刘安青．城市多水源供水优化配置的研究[D]．天津大学，2007．[3]唐克旺，吴玉成，侯杰．中国地下水资源质量评价(Ⅱ)——地下水水质现状和污染分析[J]．水资源保护，2006(03)：1-4+8．
[4]丛刚春．旅顺口区地下水水质特点分析[J]．东北水利水电，2004(01)：51-52．
[5]赵新娟．天津市凌庄水厂改造工程设计[D]．天津大学，2010．
[6]刘禄声．第一讲水处理与脱盐技术概述[J]．水处理技术，1983(01)：58-62．
[7]．电渗析—离子交换法制备纯水[J]．海水淡化，1975(02)：16-22．
[8]万志强．水处理除盐工艺的选用[J]．石油化工设计，2013，30(02)：49-50+69．
[9]李艾铧，朱云杰，朱昊辰，等．纳滤技术在饮用水处理中的应用[J]．净水技术，2019，38(06)：51-56．
[10]代武川，李新冬，赵冰心，等．膜技术在自来水厂的应用现状[J]．应用化工，2018，47(03)：603-607．
[11]张磊，乔雪峰，徐军．内、外压式超滤的比较[J]．过滤与分离，2017，27(04)：36-39．
[12]史元腾，王小强，寇光辉，等．反渗透浓盐水双碱法除硬与除硅工艺研究[J]．水处理技术，2019，45(12)：110-112+117．
(本文文献格式：丁宁，王陆涛，郭辉，等．以高矿化度地下水为水源的净水厂工程[J]．广东化工，2021，48(4)：93-95)
(上接第72页)
标数量庞大、预警指标难以全部量化，因此需要运用合适的方法建立风险预警模型，实现风险的动态计算和预警。本文对BP神经网络计算方法进行研究，将该计算方法运用于危险化学品安全生产风险预警中，能够起到积极的风险预警效果，为危化品监管方面的风险预警研究提供了可行的思路。
实验室流化床参考文献
[1]王晨筠，张营，孙宁，等．基于GM(1，1)的危化品运输安全风险预警研究[J]。安全管理与技术，2019，41(7)：156-159+183．
[2]赵崇文．人工神经网络综述[J]．山西电子技术，2020(03)：94-96．[3]何新贵，梁久祯．过程神经元网络的若干理论问题[J]．中国工程科学，2000，2(12)：40-44．
[4]樊振宇．BP神经网络模型与学习算法[J]．软件导刊，2011，10(7)：66-68．
[5]曾进，郭少媛，戚芳榕，等．一种基于BP神经网络的铁路大宗货物运价风险预警判定方法[J]．大数据技术，2019，29(7)：25-29．
[6]马锐．人工神经网络原理[M]．北京：机械工业出版社，2015．
(本文文献格式：张嘉亮，杨美芝，史承伟，等．BP神经网络在危化品安全生产风险预警中的应用[J]．广东化工，2021，48(4)：71-72)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议