膜法處理回用農(nóng)業(yè)排水的可行性研究探討
摘要：對處理農(nóng)業(yè)排水的納濾系統(tǒng)工藝參數(shù)進行了評價，并對納濾系統(tǒng)的系統(tǒng)投資及運行成本做了 經(jīng)濟 分析 。探討了納濾技術(shù)處理農(nóng)業(yè)排水并回用的技術(shù)經(jīng)濟可行性。
關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)排水 回收利用 膜處理
景泰川電力提灌區(qū),位于甘肅中部景泰縣,灌區(qū)從黃河提水進行灌溉.一期灌區(qū)設(shè)計提水流量為10M3秒,設(shè)計灌溉面積為30萬畝[1].灌區(qū)上水前,地下水位都深.但上水后,由于種種原因,使地下水位迅速上升,改變了灌區(qū)的地下水平衡狀態(tài),逐漸發(fā)生了鹽漬化,鹽漬化荒地逐年增加, 影響 了灌區(qū)效益的發(fā)揮,也影響了農(nóng)業(yè)的 發(fā)展 .在一期灌區(qū)的農(nóng)業(yè)耕作區(qū)建立排水系統(tǒng)量很有必要的,這不但防止土壤鹽漬化,而且利用規(guī)劃設(shè)計合理的排水系統(tǒng)起到收集農(nóng)業(yè)排水的功能.對農(nóng)業(yè)排水的回收處理包括技術(shù)環(huán)境方面的許多因素.廢水的最小化及排水的回收再利用可減少從黃河的提水量,還可防止因土壤鹽漬化而丟失大片的耕地面積.為了設(shè)計這樣一個滿足上述要求的農(nóng)業(yè)排水處理工程需要對許多的設(shè)計參數(shù)進行仔細的優(yōu)化 計算 ,努力以最小的成本實現(xiàn)農(nóng)業(yè)排水的回收再利用.
1.農(nóng)業(yè)排水回收利用現(xiàn)狀
美國從71年開始在加利福尼亞Firebaugh進行農(nóng)業(yè)排水回收利用試驗 研究 [2].試驗所用技術(shù)為反滲透,所用膜為手工澆鑄醋酸纖維(CA)管式膜組體.通過試驗對這種技術(shù)的可行性得到了證實.由于當時膜價高,及CA膜所需的高運行壓力,使系統(tǒng)制水成本很高,無法推廣 應(yīng)用 .從1983至1987年,美國在加利福尼亞Los Baros又進行農(nóng)業(yè)排水處理技術(shù)的第二階段試驗研究[3].這次采用技術(shù)仍為反滲透,選用了80年代最為先進的復合膜.這個地區(qū)農(nóng)業(yè)排水中含有幾種無機有毒物質(zhì),如硒酸鹽和硼酸鹽.這個試驗系統(tǒng),因為環(huán)境保護政策的需要,于1987年最終關(guān)閉了.雖然這套系統(tǒng)只運行了較短的時間,但反滲透系統(tǒng)的總體性能還是說明了用膜法水處理技術(shù)進行農(nóng)業(yè)排水回收利用的潛在可行性.到了九十年代,對農(nóng)業(yè)排水回收利用 問題 的研究又得到了重視.主要是由于新一代苦咸水淡化膜的出現(xiàn).這種膜稱為納濾膜(NF),操作壓相當?shù)?約為0.5~0.7Mpa,膜通量大,相當高的脫鹽率[4].與反滲透膜相比,它具有較好的經(jīng)濟性,在過去幾年中,美國在實驗室中已作了許多工作,首先是對納濾膜在農(nóng)業(yè)排水回收利用中的性能進行評價.當農(nóng)業(yè)排水的含鹽量為10000mg/l,運行壓力為1.4Mpa時,測得的納濾膜通量為18GPD,脫鹽率可達90%[4].這些數(shù)據(jù)說明,納濾的處理費用與80年代的反滲透處理費用相比明顯較低.其次,是對納濾處理農(nóng)業(yè)排水時的膜結(jié)垢污染進行了一系列的試驗研究,并提出了合理的預處理措施.
截止 目前 的工作努力,已可指導進行符合農(nóng)業(yè)排水條件的納濾處理系統(tǒng)的設(shè)計.通過對納濾系統(tǒng)的經(jīng)濟評價,可以預言,納濾將是經(jīng)濟有效的農(nóng)業(yè)排水回收處理 方法 .
2.農(nóng)業(yè)排水回收處理方法
2.1 反滲透技術(shù)
反滲透是一種壓力膜過程,工藝是指在濃溶液側(cè)施加一個大于滲透壓的壓力,濃溶液中的水滲透過半透膜向清水側(cè)移動,使水從濃溶液中分離出來.反滲透用于水處理能夠從水中脫除98%以上的膠體,微生物,微粒,有機物及一些溶解性鹽類 [5].反滲透的能耗與脫鹽量有關(guān).反滲透系統(tǒng)的運行壓力現(xiàn)已降到1Mpa左右.反滲透水處理系統(tǒng)一般由預處理,脫鹽裝置及反處理三部分組成.
2.2 納濾技術(shù)
納濾是一種新型的壓力驅(qū)動過程.它的分離范圍介于反滲透和超濾之間.納濾膜的發(fā)展較反滲透晚了近二十年,但在水處理方面已逐漸取代反滲透而成為未來發(fā)展的主流.納濾用于水處理,能夠有效地脫除有機物,細菌,病毒,硬度,降低水中含鹽量.納濾在0.5~0.7Mpa的操作壓力時,可脫除85~95%的硬度和70%以上的一價離子[4].納濾系統(tǒng)一般由預處理,納濾裝置及后處理三部分組成.納濾技術(shù)在飲用水凈化處理,污廢水排放處理,各種水溶液的濃縮與精濾等領(lǐng)域的優(yōu)越性已逐漸為人們所認識,隨著膜成本的下降及工程經(jīng)驗的積累,預計納濾技術(shù)在今后會有很大發(fā)展.
3.工藝評價
景泰川電力提灌區(qū)蘆陽排水試驗站的水質(zhì)分析資料詳見表1.根據(jù)此水質(zhì)資料,模擬計算以估計農(nóng)業(yè)排水回收處理系統(tǒng)的工藝參數(shù),這里選擇的處理方法為納濾技術(shù).預處理工藝中包括快速綜合凈水器、砂濾器及精濾器.納濾脫鹽裝置采用二級脫鹽工藝,并使部分濃水反循環(huán)利用并將部分經(jīng)過預處理的原水與納濾出水進行摻合,提高系統(tǒng)水利用率,降低運行成本.納濾膜采用美國海德能公司生產(chǎn)的高性能芳香族聚酰胺納濾膜。此膜通量大,可在超低壓下操作,從而實現(xiàn)節(jié)能,降低投資和操作費用的目的.為了控制膜污染結(jié)垢,需要在納濾進水中加入阻垢劑.
4.納濾處理農(nóng)業(yè)排水系統(tǒng)評價
4.1水質(zhì)評價
表1表示原水水質(zhì),納濾處理后水質(zhì)及農(nóng)業(yè)灌溉用水水質(zhì)標準.經(jīng)納濾處理后的水質(zhì)指標已滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水水質(zhì)標準.處理后的水含鹽量為1080mg/l
4.2 工藝參數(shù)評價
表2列出了納濾處理工藝的所所有工藝參數(shù).由表2可見,在農(nóng)業(yè)排水處理系統(tǒng)產(chǎn)水量30M3/h的情況下,整個系統(tǒng)的水利用率為85%.當納濾的運行壓力為0.5~0.7Mpa時,系統(tǒng)脫鹽率70%以上.系統(tǒng)運行中,需要填加一定量的混凝劑及阻垢劑.
4.3費用評價
表3列出納濾農(nóng)業(yè)排水回收處理系統(tǒng)的投資,運行成本等各項費用.從表中可見,系統(tǒng)的綜合運行成本為1.23元/M3.與高揚程提灌區(qū)的政策性單方水價0.15元/M3要高，但是干旱缺水地區(qū)這樣的價格還是很有吸引力的。
表1 各類水質(zhì)指標
|
項目 |
單位 |
原水水質(zhì)指標 |
處理后水質(zhì)指標 |
農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)指標 |
| Ca |
mg/l |
145.8 |
14.78 |
|
|
Mg |
mg/l |
177.8 |
18 |
|
|
K |
mg/l |
4.7 |
0.05 |
|
|
Na |
mg/l |
838 |
344.3 |
|
|
F |
mg/l |
0.5 |
0.37 |
<2.0-3.0 |
|
CO3 |
mg/l |
0.1 |
||
|
HCO3 |
mg/l |
142.7 |
137 |
|
|
SO4 |
mg/l |
980 |
129 |
|
|
Cl |
mg/l |
1263 |
431 |
<250 |
|
NO3 |
mg/l |
3.0 |
5.2 |
|
|
PH |
7.4 |
6.9 |
5.5-8.5 |
|
|
TDS |
mg/l |
3556 |
1080 |
<1000-2000 |
表2 系統(tǒng)工藝參數(shù)
|
項目 |
單位 |
數(shù)量 |
項目 |
單位 |
數(shù)量 |
|
產(chǎn)水量 |
T/H |
30 |
壓力外殼 |
個 |
6 |
|
水利用率 |
% |
70 |
NF膜 |
個 |
36 |
|
進水TDS |
mg/l |
3552 |
運行壓力 |
Mp |
0.85 |
|
產(chǎn)水TDS |
mg/l |
1080 |
設(shè)計水溫 |
℃ |
|
|
系統(tǒng)脫鹽率 |
% |
>70 |
|
|
|
表3 系統(tǒng)投資及運行成本
|
項目 |
單位 |
數(shù)量 |
項目 |
單位 |
數(shù)量 |
|
系統(tǒng)投資 |
萬元 |
30 |
4.阻垢劑費用 |
元/T |
0.062 |
|
電價 |
元/度 |
0.5 |
5.殺菌劑費用 |
元/T |
0.10 |
|
膜價 |
元/根 |
5000 |
6.濾芯更換費用 |
元/T |
0.05 |
|
系統(tǒng)產(chǎn)水量 |
T/H |
30 |
7.預處理費用 |
元/T |
0.10 |
|
系統(tǒng)水利用率 |
% |
>70 |
8.人工費用 |
元/T |
0.10 |
|
運行成本核算 |
元/T |
1.325 |
9.系統(tǒng)維修費用 |
元/T |
0.04 |
|
1.膜更換費用 |
元/T |
0.25 |
11.運行成本合計 |
元/T |
1.325 |
|
2.能耗費用 |
元/T |
0.355 |
|
|
|
|
3.混凝劑費用 |
元/T |
0.05 |
|
|
|
5.結(jié)論
(1)在納濾農(nóng)業(yè)排水回收處理系統(tǒng)中,適當填加阻垢劑時, 并采用部分濃水反循環(huán)及摻合一部分原水,有利于提高系統(tǒng)水利用率,降低系統(tǒng)運行成本.可成功地將系統(tǒng)水利用率提高到85%左右.
(2) 在高揚程提灌區(qū),建設(shè)豎向排水井,不但可減少排水工程投資,又可為排水的處理利用創(chuàng)造基礎(chǔ)條件.從豎井中抽出的水,濁度低,可減少膜系統(tǒng)的預處理工藝,從而減少排水回收處理系統(tǒng)的投資,降低處理水成本.
(3)? 納濾農(nóng)業(yè)排水處理系統(tǒng)的單方水成本為1.23元/M3,這樣的價格在干旱缺水地區(qū)還是有吸引力的。當種植的作物價值較高時,就具有一定的可行性.
(4)納濾技術(shù)處理農(nóng)業(yè)排水并回用,在技術(shù)上是安全可靠的。隨著水資源矛盾的日益突生和膜技術(shù)的不斷進步以及膜處理成本的不斷下降,農(nóng)業(yè)排水納濾處理成本還會進一步的降低.隨著 工業(yè) 的發(fā)展,水資源的污染日益嚴重,缺水現(xiàn)象會越來越嚴重,農(nóng)業(yè)排水回收利用問題將會受到人們的關(guān)注,農(nóng)業(yè)排水的處理也將會提到儀事日程。
(5)對農(nóng)業(yè)排水進行處理回用,不但可防止土壤鹽漬化,又可使農(nóng)業(yè)排水資源化。應(yīng)該說,它是一種水資源再生的希望方法。從環(huán)境保護方面講,對農(nóng)業(yè)排水進行回收處理再利用具有非常重要的環(huán)境意義.
(6) 對農(nóng)業(yè)排水的處理回用進行研究,對保護寶貴的水資源并以合理的方法進行再循環(huán)而供人們更好地使用,回起到重要的作用.
參考 文獻
[1]姚志春.大系統(tǒng) 理論 在水資源綜合調(diào)度中的 應(yīng)用 研究 .甘肅水利水電,1990.(3):30~35.
[2]希利I,舒瓦樂. 水的再凈與利用.北京: 中國 建筑出板社,1985.
[3]貝拉G.利普泰克.環(huán)境工程師用冊(上,下冊).北京:中國建筑 工業(yè) 出板社,1987.
[4]高從鍇 .膜分離技術(shù)與水資源再利用[m].2003北京水務(wù)論壇論文.2003.9.
[5]張烽,徐平.反滲透、納濾膜及其在廢水處理中的應(yīng)用[M].膜 科學 與技術(shù)，1003，23(4)：234-236.
[6]馬耀光,馬柏林.廢水的農(nóng)業(yè)資源化利用.北京:化學工業(yè)出版社,2002.45~78
[7]姚志春.污水凈化再利用.甘肅水利水電1999.(3):56~60.
[8]雷樂成等,污水回用新技術(shù)及工程設(shè)計.北京:化學工程出版社.2002: 453~461
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