浸入式超濾膜技術(shù)在凈水處理中的應(yīng)用

張國宇，何壽平

(金州環(huán)境集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，北京 100101)

浸入式超濾膜技術(shù)在凈水處理中的應(yīng)用

張國宇，何壽平

(金州環(huán)境集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，北京 100101)

新《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）實(shí)施后，自來水廠升級改造問題迫在眉睫，以浸入式超濾膜為核心的凈水技術(shù)是可供選擇的最佳技術(shù)之一。本文針對膜過濾技術(shù)存在的問題，提出了以超濾膜為核心的短流程凈水工藝和同一膜池分單元運(yùn)行的概念，并將其成功地應(yīng)用于自來水廠的改造中，取得了良好的效果，該工藝具有占地面積小、運(yùn)行成本低、管理方便、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。

浸入式超濾膜;短流程;分單元;凈水技術(shù)

新《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）已于2007年7月1日實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)對水質(zhì)指標(biāo)做了極其嚴(yán)格的規(guī)定，如對自來水的106項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了極其嚴(yán)格的限制，在生物監(jiān)測指標(biāo)方面規(guī)定出水水質(zhì)總大腸菌群、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌均不得檢出，細(xì)菌總數(shù)小于100CFU/mL，賈第鞭毛蟲小于1 個(gè)/10L，隱孢子蟲小于1個(gè)/10L（賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲簡稱為“兩蟲”），濁度指標(biāo)也由原來的小于3NTU，提高到小于1NTU等。而目前我國絕大部分自來水廠采用的仍然是傳統(tǒng)處理工藝：混凝—沉淀—砂濾—消毒。該工藝對未受污染水源水中的膠體、懸浮物、微生物等污染物具有良好的去除效果，對水中的有機(jī)污染物有一定的去除作用，但對兩蟲的去除效果甚微。同時(shí)，隨著工業(yè)的高速發(fā)展，我國水源的水質(zhì)也不斷惡化。以長江為例，長江流域年污水排放總量多達(dá)250多億m3，占全國污水排放總量的40%以上，其中80%以上的污水未經(jīng)有效處理，就直接排入長江。目前長江干流60%的水體都已受到不同程度的污染。其中工業(yè)和人口比較密集的長江中下游的上千公里河段，沿岸水質(zhì)基本都已在Ⅲ類和Ⅳ類之間。因此對我國自來水廠現(xiàn)有的傳統(tǒng)處理工藝提出了新的挑戰(zhàn)，國內(nèi)大部分自來水廠現(xiàn)有的處理工藝將面臨技術(shù)改造的問題。目前，自來水廠主要的強(qiáng)化處理技術(shù)有生物預(yù)處理、預(yù)氧化、改善混凝、臭氧氧化、活性炭吸附、膜處理等。

膜分離技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色處理技術(shù)。膜技術(shù)發(fā)展迅速，越來越為人們所關(guān)注。其中，超濾膜位于膜過濾連續(xù)譜圖中的納濾和微濾之間，其截留分子量為5000～500,000道爾頓，孔徑為0.1～0.01μm。超濾過程是一個(gè)物理篩分過程：以膜兩側(cè)的壓力差（跨膜壓差）為驅(qū)動力，以超濾膜為過濾介質(zhì)，當(dāng)水流通過膜表面時(shí)，只允許水、小分子和可溶性物質(zhì)通過，阻止水中的懸浮物、膠體、微生物、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)通過，從而達(dá)到凈化水的目的。相比其它膜過濾技術(shù)，超濾膜過濾技術(shù)具有運(yùn)行成本低、處理效果好、能夠保留水中對人體有益的溶解性無機(jī)鹽、可以去除水中對人體有害的細(xì)菌甚至病毒等特點(diǎn)。超濾膜過濾技術(shù)現(xiàn)已成為水處理領(lǐng)域中的關(guān)注熱點(diǎn)。以超濾技術(shù)為核心的水處理工藝被專家稱為“第三代水處理工藝”。

盡管將超濾膜技術(shù)引入自來水處理中能夠達(dá)到很好的效果，但是在具體應(yīng)用中還存在諸多問題：

（1）膜的價(jià)格、建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)行成本仍然偏高；

（2）膜的污染機(jī)理、運(yùn)行機(jī)理有待更深層次的研究和認(rèn)識；

（3）超濾膜凈水工藝與傳統(tǒng)凈水工藝之間如何進(jìn)行匹配的研究有待進(jìn)一步深入；

（4）超濾膜凈水技術(shù)系統(tǒng)研究有待進(jìn)一步深入。

針對以上情況，太平洋水處理工程有限公司、南通自來水公司、蘇州立升凈水科技有限公司和金州環(huán)境集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心結(jié)合江蘇省南通市蘆涇水廠技術(shù)改造，進(jìn)行了以浸入式超濾膜技術(shù)為核心的短流程凈水工藝研究，試驗(yàn)規(guī)模達(dá)到1500m3/d。研究自2008年3月開始，持續(xù)進(jìn)行了一年多實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 浸入式超濾膜技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置

以浸入式超濾膜技術(shù)為核心的短流程凈水工藝，即原水經(jīng)過絮凝之后直接進(jìn)入超濾膜池，在膜池內(nèi)完成膜過濾、濃水回收、沉淀、污泥濃縮等功能，產(chǎn)水率達(dá)到99.2%以上，大大降低了水廠自用水率。同時(shí)還研發(fā)出同一膜池內(nèi)分膜單元運(yùn)行的方式，即同一膜池中的多個(gè)膜組件（采用浸入式超濾膜）被分為若干個(gè)膜單元，膜單元各自獨(dú)立運(yùn)行，通過程序控制，實(shí)現(xiàn)某膜單元清洗（包括水洗和曝氣），其余膜單元正常運(yùn)行。同時(shí)，清洗出的濃水由其他正在運(yùn)行的膜單元加以回收，從而達(dá)到整個(gè)膜池的不間斷運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的產(chǎn)水率。該運(yùn)行方式屬“多個(gè)超濾膜單元在同一跨膜壓差下的變通量運(yùn)行”。實(shí)現(xiàn)了同一膜池中不同膜單元產(chǎn)水的自動平衡，減緩了膜單元的污染，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了保證污泥濃縮效果，應(yīng)保證膜組件底部與池底之間的距離。此運(yùn)行方式可以不用單獨(dú)建設(shè)濃水回收裝置，節(jié)省投資。

為了節(jié)約運(yùn)行成本，并充分利用水廠的剩余水頭，超濾膜應(yīng)在低跨膜壓差、低通量下運(yùn)行，這種運(yùn)行方式能夠保證膜表面的濾餅層比較松散，從而能夠減緩超濾膜的深層污染，減少恢復(fù)性化學(xué)清洗次數(shù)，方便水廠運(yùn)行管理。

以江蘇省南通市蘆涇水廠技術(shù)改造方案為例：南通市蘆涇水廠隸屬于江蘇省南通市自來水公司，始建于1973年，改造前供水能力為5×104m3/d，分為兩條生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力均為2.5×104m3/d。原水取自于長江，工藝流程為原水—雙層回轉(zhuǎn)隔板絮凝池—斜管沉淀池—虹吸濾池—消毒—清水池，廠區(qū)面積較小，幾乎沒有閑置場地。

蘆涇水廠原凈水工藝是按出廠水濁度不大于5NTU的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，2000年以來，水廠全年一直處于滿負(fù)荷、超負(fù)荷的工作狀態(tài)，為了適應(yīng)新的《國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，南通市自來水公司提出了技術(shù)改造要求。結(jié)合路徑水廠特點(diǎn)，經(jīng)過反復(fù)對比，最終確定蘆涇水廠的改造方案采用管沉淀池改成膜池、砂濾池改為應(yīng)急處理水池的方案。

蘆涇水廠改造工程于2009年12月31日正式通水。8個(gè)多月的運(yùn)行結(jié)果表明，蘆涇水廠改造工程運(yùn)行良好，超濾膜一直采用虹吸方式運(yùn)行，大大節(jié)約了運(yùn)行成本，方便了水廠管理，改造工程不僅沒有增加水廠用地，還將空閑處的濾池作為了應(yīng)急處理水池。

改造后的膜池和應(yīng)急處理水池見圖2。

圖2 改造后的膜池和應(yīng)急處理水池（右）

蘆涇水廠改造工程是我國第一座采用浸入式超濾膜技術(shù)對老水廠進(jìn)行改造的項(xiàng)目，它的成功運(yùn)行為我國自來水廠提標(biāo)改造提供了一條全新的思路，引起了國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。實(shí)踐表明，浸入式超濾膜在我國凈水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景。

到目前為止，我國已有多個(gè)水廠采用浸入式超濾膜過濾技術(shù)，作為一種新技術(shù)，浸入式超濾膜技術(shù)在應(yīng)用過程中應(yīng)當(dāng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對一些問題要深入研究，為其進(jìn)一步大范圍應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

Application of Immersed Ultra Filtration Membrane in Water Purification

ZHANG Guo-yu, HE Shou-ping

TU991.2

A

1006-5377（2011）06-0038-02