探討膜法處理回用農(nóng)業(yè)排水的可行性研究
摘 要：首先是對納濾膜在農(nóng)業(yè)排水回收利用中的性能進(jìn)行評價。當(dāng)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(dá)90%。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(jìn)行了一系列的試驗研究，并提出了合理的預(yù)處理措施。
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(jìn)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。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(jìn)行仔細(xì)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(jìn)行農(nóng)業(yè)排水回收利用試驗研究。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(dāng)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(jìn)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(jìn)的復(fù)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(hù)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(jìn)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(dāng)?shù)?，約為0。5~0。7Mpa，膜通量大，相當(dāng)高的脫鹽率。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(jìn)行評價。當(dāng)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(dá)90%。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(jìn)行了一系列的試驗研究，并提出了合理的預(yù)處理措施。
截止目前的工作努力，已可指導(dǎo)進(jìn)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(yù)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。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(yù)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(xì)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。納濾系統(tǒng)一般由預(yù)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(rèn)識，隨著膜成本的下降及工程經(jīng)驗的積累，預(yù)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(yù)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(yù)處理的原水與納濾出水進(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)納濾處理后的水質(zhì)指標(biāo)已滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。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(dāng)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。
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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。
5.結(jié)論
(1)在納濾農(nóng)業(yè)排水回收處理系統(tǒng)中，適當(dāng)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?？沙晒Φ貙⑾到y(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(yù)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(dāng)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(jìn)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(jìn)一步的降低。隨著工業(yè)的發(fā)展，水資源的污染日益嚴(yán)重，缺水現(xiàn)象會越來越嚴(yán)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(jìn)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(hù)方面講，對農(nóng)業(yè)排水進(jìn)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(jìn)行研究，對保護(hù)寶貴的水資源并以合理的方法進(jìn)行再循環(huán)而供人們更好地使用，回起到重要的作用。
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