導讀

主要從三方面介紹農村供水實用技術。第一方面是農村供水的發展，包括建設成效、強化監管、主要問題、國家鄉村振興戰略要求等內容。第二方面是適宜村級小型地表水工程的超濾技術，包括浸沒式超濾技術與內壓式超濾工藝、常規處理工藝的比較，浸沒式超濾技術納污能力強、排污簡單、廢水少、且耐污染便于清洗，同時介紹了保證超濾膜運行的一些其他措施，如提高地表水取水口攔污能力和取水質量措施、季節性微污染水處理措施等。第三方面是適宜村級小型供水工程的紫外線消毒技術，包括紫外線消毒的優缺點、應用現狀、應用要求，紫外線消毒時管網二次污染防止措施，最后還介紹了自主研發的可調功率（光強）節能型紫外線消毒裝置。

 

劉文朝

水利部農村飲水安全中心教授級高工

本文根據劉文朝高工在“2021（第五屆）中國農村污水治理與飲水安全提升高峰論壇”上的發言整理而成，未經本人審閱。

2021（第五屆）中國農村污水治理與飲水安全提升高峰論壇

1 農村供水的發展

1.1 現狀建設成效

（1）建成農村集中供水工程約60萬處，基本實現自來水化（普及率83%）。

 

（2）其中，千噸萬人工程和市政供水管網延伸工程約1.8萬處，已覆蓋村鎮人口比例約50%，其中400多個縣（市、區）全面實現城鄉供水一體化，農村供水規模化已初步形成（發展規模化供水的理念已被各級政府及主管部門逐步接受，有利于標準化建設、專業化管理、企業化運營、以及市場化融資）。

 

（3）長期困擾農村飲安全的高氟水、高砷水、苦咸水問題已基本得到解決。

 

1.2 強化監管

（1）通過落實“水污染防治法”、“水十條”、“河長制”,以及“關于加強農村飲用水水源保護工作的指導意見”（環辦〔2015〕53號）——基本完成了千噸萬人飲用水水源保護區劃定，地表水源水質持續不斷改善。

 

（2）“關于加強農村飲水安全工程水質檢測能力的指導意見”（發改農經【2013】2259號）、“水利部關于進一步強化農村飲水工程凈化消毒和檢測工作的通知”（水農【2015】116號）——要求2015年底前完成縣級水質檢測中心建設、具備常規指標檢測能力。縣級農村供水水質檢測能力不斷提升。

 

（3）“水利部關于建立農村飲水安全管理責任體系的通知”（水農【2019】2號）要求落實“三個責任”和“三項制度”以及“創新農村飲水工程運行管理模式”。

 

（4）“水利部辦公廳關于加快推進農村供水工程水費收繳工作的通知”（辦農水【2019】210號）要求：“全面推行按供水成本收費”，“鼓勵執行“基本水價+計量水價”的兩部制水價和階梯式水價”，“千人以上工程的水價應能覆蓋成本、企業化運行的工程應適當考慮利潤，千人以下工程的水價由村委會、管水組織和用水戶代表等協商確定。”——強化計量收費。

 

（5）成立12314監督舉報服務平臺——時時跟蹤群眾反應的問題并及時解決。

 

1.3 主要問題

（1）部分規模化地表水廠凈化設施不完善：無流量計、管道混合器，穿孔旋流絮凝池不旋流、濾池反沖洗強度不夠、原料型消毒副產物超標等，亟待改造。

 

（2）尚有幾十萬處村級小型集中供水工程，管理條件差：水源保護、水質檢測、飲用水消毒薄弱，南方山區地表水凈化設施簡陋，北方高氟區和苦咸地區的吸附法除氟濾料再生困難、反滲透膜或納濾膜脫鹽膜保護困難。部分水源干旱年供水保證率低，早期建設的UPVC管網漏失嚴重。

 

1.4 國家鄉村振興戰略要求

“中共中央國務院關于全面推進鄉村振興加快農業農村現代化的意見”（2021年1月，一號文件）“（十五）加強鄉村公共基礎設施建設”中明確提出：“實施農村供水保障工程。加強中小型水庫等穩定水源工程建設和水源保護，實施規模化供水工程建設和小型工程標準化改造，有條件的地區推進城鄉供水一體化，到2025年農村自來水普及率達到88%。完善農村水價水費形成機制和工程長效運營機制。”

 

2021（第五屆）中國農村污水治理與飲水安全提升高峰論壇

2 適宜村級小型地表水工程的超濾技術

2.1 內壓式超濾

2017年前，多數為內壓式超濾，主要問題：

• 部分用戶追求設備價格低，膜組件的自動化程度低，需定時手動沖洗，管理難于到位，膜堵塞問題頻繁；

• 預處理措施不到位，導致膜系統堵塞及膜通量快速下降。膜一旦污染或設備故障，農民維護困難；

• 自動化控制系統中的電動閥故障率高；

• 多數企業，膜的保質期只有5年，用戶擔心膜的更換，導致推廣難度大。
  

 

2.2 浸沒式中空纖維超濾

全國首臺村級：浸沒式中空纖維超濾凈水裝置。

 

 

重慶云陽縣白元村水廠（2018年5月建成），100方/天，水庫水。

• 設計要點：PVDF膜（孔徑0.02微米），膜通量15L/MH、水頭差3.2米，包括膜虹吸過濾、氣洗和反洗等單元，全自動控制；

• 運行：無需絮凝劑，過濾、氣洗、反沖、排泥，濁度﹤0.3NTU；

• 化學清洗：維護性清洗3~4個月用300ppm漂粉精浸泡2h，一鍵操作；2.5年進行了一次鹽酸浸泡清洗（初始最大過水能力為7.5方/時，清洗前為5.0方/時，清洗后6.5方/時）。
  

 

2.3 浸沒式與內壓式超濾比較

浸沒式中空纖維超濾膜凈化地表水屬外壓式過濾，將污物攔截在膜絲外，比內壓式納污能力強、排污簡單、廢水少，每天僅需1~2次排泥。浸沒式膜設計通量較小、跨膜壓差較小，比內壓式膜耐污染且便于清洗，每小時自動氣洗1~2次、每天自動反沖洗1~2次，通過抖動和摩擦可有效去除膜表面的沉積物；2~4個月采用氯消毒劑維護性清洗1次，可氧化去除膜表面的藻類、細菌等有機粘稠物；1~2年采用檸檬酸或鹽酸清洗1次，可去除長期過水形成的硬垢。

 

2.4 浸沒式超濾與常規處理工藝比較

建設投資和運行成本（含折舊）基本相當，但占地面積小、提高了出廠水濁度質量及穩定性、減少了藥劑費、減輕了水廠的日常管理工作、減輕了污泥處理難度（注：常規凈化的污泥易板結、鋁易析出，不宜直接用于灌溉，目前農村常規凈化地表水水廠普遍缺乏環保的污泥處理系統），有利于解決農村小型地表水水廠水質保障能力普遍較弱的問題。

 

中空纖維膜使用壽命較短，僅能達到8-10年，折舊費較高，按8年換一次膜、每方水折舊費約增加0.2元左右。

 

2.5 提高地表水取水口攔污能力和取水質量措施

溪溝水：水量充沛時宜采用底欄柵式取水，柵條宜采用不銹鋼骨架和網制作。

 

小型工程宜在取水管周圍設不銹鋼絲網（30～50目）可濾除枝葉、雜草、魚蝦、砂石等，鋼絲網過水面積宜大于管口面積的15倍可有效防止堵塞。

 

湖庫水：為防止季節性水溫突然變化時底泥影響水質，宜選擇浮船（桶）取0.8～1.2m深的上層水（溶解氧高，可預防鐵錳超標，并改善嗅和味）。

 

2.6 季節性微污染水處理措施

• 常見問題：部分水庫水存在季節性色度、嗅和味超標問題；

• 增加預氧化：在膜池前投加氯消毒劑，投加量為0.5~1.0mg/L。

 

2021（第五屆）中國農村污水治理與飲水安全提升高峰論壇

3 適宜村級小型供水工程的紫外線消毒技術

3.1 紫外線消毒優缺點

• 優點：無原料，無副產物，無人值守；

• 缺點：無余量。

 

3.2 應用現狀

我國農村尚有幾十萬處單村供水工程，專業化管理條件差，采用二氧化氯、次氯酸鈉等消毒劑消毒存在藥劑購置困難、農民難于接受消毒劑味道、不運行等問題，2000年北京市海淀區農村供水開始嘗試紫外線消毒。之后很多公司開始引進國外技術產品，國家“十一五”“十二五” 科技支撐課題、重大水專項課題均開展了農村供水紫外線消毒技術研究與示范，燈管壽命、自動清洗置、光強監測等技術基本得到解決。目前北方單村地下水工程已逐步開始應用紫外線消毒。

紫外消毒主要存在問題：為了省錢無自動清洗裝置、光強監測儀，不及時更換燈管，甚至不運行。

 

3.3 應用要求

適用條件：單村供水，進水濁度小于3NTU。

 

設備要求：

• 須有可靠的自動清洗裝置（防止燈套管結垢影響紫外光照射，故障點，廠內裝配測試，現場往復30次檢測）；

• 燈管壽命大于1.2萬h（低于額定紫外光強的80%為壽命終點）；

• 配置光強檢測儀（各廠家、各批次燈管壽命有差異，必須通過檢測判斷，最薄弱處的紫外光強應大于40mJ/cm2消毒要求）。
  

 

管理要求：

• 紫外光強低于消毒要求時及時更換紫外燈；

• 3-5年大修一次，包括更換石英套管、鎮流器、自動清洗裝置上的橡膠刮片等；

• 平時關注設備是否有報警故障。
  

 

 

3.4 紫外線消毒時管網二次污染防止措施

（1）采用高位水池或水塔、或變頻機組24h連續供水，防止進氣。

 

（2）采用消毒劑定期對管網進行維護性消毒處理。24h連續供水的水廠，半年1次；定時供水的水廠，每季度一次。采用臭氧按1mg/L投加、采用次氯酸鈉（鈣）按2mg/L投加，打開各支管遠端用戶的水龍頭，連續投加時間不小于2h；然后啟動紫外線消毒裝置，沖洗管網，龍頭水消毒劑味道較輕后才能飲用。

 

（3）紫外線消毒裝置與電解次氯酸鈉或臭氧發生器聯用：早中晚高峰用水的時段采用電解次氯酸鈉或臭氧消毒，其他時段采用紫外線消毒。（同時可解決小型地下水廠，無清水池，夜間流量小，次氯酸鈉投加困難的問題）。

 

3.5 電暈法臭氧發生器消毒

臭氧易分解，需現場制備，一般采用電暈法臭氧發生器（以空氣為原料，管理較簡單）。消毒系統包括：制氧系統、放電系統、氣水混合系統、投加系統、尾氣排放系統等部件組成。但運行成本相對較高，約5~7分/噸，比其他消毒高出2～3倍。

 

運行管理要求：夏季定期維護除濕裝置、2年左右更換分子篩，及時檢修臭氧泄漏點。

 

3.6 可調功率（光強）節能型紫外線消毒裝置

（1）針對農村供水流量變化大（早、中、晚3個時段不超過6h用水量大，其他時間用水量小，夜間極小），以及紫外線消毒無余量、需連續運行、極低流量時造成水溫高等問題而研發。

 

（2）安裝在線流量計；選擇40-100W的低壓、高效、壽命長的紫外燈管（紫外效率：全功率＞36%、半功率＞38%；連續變量3000次，紫外功率不低于95%）。

 

（3）選擇可調功率的鎮流器，用PLC接受流量信號調節鎮流器輸出電流和電壓，根據流量變化自動調整紫外線裝置的運行功率。

 

（4）運行：夜11-早5時段40%，早中晚各2小時100%，其他70%，節電25%以上。