納濾膜系統(tǒng)在地下水處理中的應(yīng)用

李 秀 紅

(山西省孝義市供水公司，山西 孝義 032300)

納濾膜系統(tǒng)在地下水處理中的應(yīng)用

李 秀 紅

(山西省孝義市供水公司，山西 孝義 032300)

為提高飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，保證水質(zhì)安全，結(jié)合六壁頭水廠實(shí)際情況，針對(duì)硫酸鹽、硬度高、處理水量大的實(shí)際情況，通過方案比選，采用一級(jí)兩段式納濾膜處理工藝，處理部分原水再與原水混合的方案，該系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，出水水質(zhì)較好。

納濾膜，地下水，工藝設(shè)計(jì)，出水水質(zhì)

1 工程背景

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人民生活水平的不斷提高，國家針對(duì)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和安全措施也進(jìn)行了調(diào)整、完善。為適應(yīng)新形勢(shì)的要求，經(jīng)多方論證，公司決定對(duì)六壁頭水廠進(jìn)行擴(kuò)容提質(zhì)改造，改擴(kuò)建后水廠將采用先進(jìn)的水處理工藝，對(duì)現(xiàn)有地下水進(jìn)行處理，提高飲水水質(zhì)讓老百姓喝上健康、安全的優(yōu)質(zhì)飲用水。

通過此項(xiàng)工程一方面能解決飲用水水質(zhì)問題，提高飲水品質(zhì)；另一方面通過新增的膜法處理裝置可以更好的面對(duì)水質(zhì)惡化的突發(fā)情況，在應(yīng)急狀態(tài)下，可將城市供水全部用膜處理裝置出水，以保證水質(zhì)安全，可作為飲水安全的應(yīng)急預(yù)案。

2 工程概況

2.1 工藝選擇

1)脫鹽工藝選擇。

基于原水中硫酸鹽、硬度、TDS指標(biāo)較高，本系統(tǒng)需選用除硬度、硫酸根、TDS的脫鹽工藝。

目前常用的脫鹽技術(shù)主要有化學(xué)除鹽(離子交換法)；熱力除鹽(蒸餾法)；膜分離技術(shù)除鹽(納濾法和反滲透法)。

通常，離子交換脫鹽適宜的范圍為含鹽量小于200 mg/L，過高的含鹽量將導(dǎo)致設(shè)備過大、再生頻繁、勞動(dòng)強(qiáng)度高、操作過于復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用過高。同時(shí)離子交換不適用于生活飲用水的脫鹽。熱力除鹽目前在國內(nèi)很少應(yīng)用于大型飲用水處理系統(tǒng)。

從20世紀(jì)80年代開始，膜法水處理在我國得到了廣泛應(yīng)用。針對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)，反滲透和納濾在土地使用、運(yùn)行管理、環(huán)境影響、工程實(shí)施等方面基本相同。納濾和反滲透方案的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)差異主要由脫鹽系統(tǒng)運(yùn)行壓力及回收率的不同等因素引起：運(yùn)行壓力不同，造成運(yùn)行電耗差異；回收率不同造成的原水消耗量不同，導(dǎo)致運(yùn)行成本差異；納濾與反滲透膜裝置、系統(tǒng)泵功率設(shè)計(jì)不同，造成投資差異。

納濾方案與反滲透方案的投資基本相當(dāng)，差別主要在運(yùn)行成本、回收率等方面。

納濾運(yùn)行壓力較低，其系統(tǒng)泵功率較反滲透低，電耗相應(yīng)較低；納濾僅對(duì)硫酸鹽及硬度脫除率較高，系統(tǒng)濃水中含鹽量相對(duì)較低，相應(yīng)結(jié)垢趨勢(shì)較弱，因而回收率較反滲透可適當(dāng)提高。

綜上所述，針對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)、外輸飲用水水質(zhì)要求，并充分考慮經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)等因素，本系統(tǒng)脫鹽工藝采用納濾。

2)預(yù)處理工藝選擇。

適宜的預(yù)處理工藝，可有效降低納濾進(jìn)水的SDI值、濁度等指標(biāo)，從而減少納濾系統(tǒng)的污堵、結(jié)垢和膜降解，提高系統(tǒng)效能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量、脫鹽率和運(yùn)行費(fèi)用的最優(yōu)化。

對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理，主要為降低水中的懸浮物、膠體、有機(jī)物和濁度等雜質(zhì)。一般采用過濾的手段。

針對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)及水廠現(xiàn)狀，采用袋式過濾器和二級(jí)精密過濾器作為納濾的預(yù)處理工藝。

2.2 工藝流程

本系統(tǒng)水處理工藝為過濾+納濾，原水處理規(guī)模850 m3/h，納濾產(chǎn)水量594 m3/h。

原水取自原水收集池，經(jīng)原水泵升壓后，進(jìn)入三級(jí)過濾器去除大部分懸浮物和膠體，再送入納濾系統(tǒng)處理。經(jīng)納濾處理后的脫鹽水，部分與剩余原水按一定比例進(jìn)入勾兌水箱，消毒后加壓外輸至城南；部分脫鹽水通過原輸水管道重力自流至一水廠。工藝流程如圖1所示。

2.3 工藝設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)凈水車間總占地1 800 m2，采用鋼架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)高度11 m，部分為2層。一層為生產(chǎn)區(qū)，二層為監(jiān)控調(diào)度、化驗(yàn)室。

2.3.1 納濾預(yù)處理系統(tǒng)

1)袋式過濾器。袋式過濾器具備構(gòu)造合理、密封性好、流通能力強(qiáng)、操作簡單等特點(diǎn)。

本工程采用四臺(tái)(三用一備)DN800袋式過濾器，單臺(tái)出水量284 m3/h，過濾精度為100 μm。

2)精密過濾器。精密過濾是介于砂濾(粗濾)與超濾之間的一種過濾，過濾精度一般在0.1 μm～120 μm范圍。精密過濾器具有過濾精度高，濾芯孔徑均勻、過濾阻力小，通量大，截污能力強(qiáng)，使用壽命長，耐酸、堿等化學(xué)溶劑，對(duì)過濾介質(zhì)無污染等特點(diǎn)。

本工程采用二級(jí)精密過濾器。精密過濾器一采用四臺(tái)(三用一備)DN1 000精密過濾器，單臺(tái)出水量284 m3/h，過濾精度為5 μm。精密過濾器二采用三臺(tái)DN1 000精密過濾器，單臺(tái)出水量284 m3/h，過濾精度為1 μm。

2.3.2 納濾裝置

本系統(tǒng)采用全自動(dòng)納濾機(jī)組。包括系統(tǒng)泵、納濾處理設(shè)備、加藥設(shè)備、清洗設(shè)備、配套儀表、閥門、管道及本體支架。

1)納濾處理設(shè)備。納濾裝置采用3套能單獨(dú)運(yùn)行和并聯(lián)運(yùn)行的納濾處理設(shè)備，運(yùn)行時(shí)通過后續(xù)的外供水量調(diào)節(jié)投運(yùn)的套數(shù)。

單套納濾處理設(shè)備產(chǎn)水量198 m3/h，單套設(shè)備包含36只膜殼，每支膜殼內(nèi)安裝6支膜元件，單套設(shè)備共216支膜元件，單只膜元件膜面積為37 m2。

系統(tǒng)采用一級(jí)二段式，一段濃水作為二段進(jìn)水，二段濃水排放，各段產(chǎn)水收集使用。

2)加藥設(shè)備。納濾處理過程是一個(gè)脫鹽、濃縮的過程，為了防止納濾濃水側(cè)特別是納濾膜殼中的最后一、二根膜元件濃水側(cè)出現(xiàn)無機(jī)鹽類的結(jié)垢，從而影響納濾膜的性能，在納濾進(jìn)水投加膜阻垢劑(濃度為3 ppm～5 ppm)，以減輕納濾膜濃水側(cè)的結(jié)垢趨勢(shì)。同時(shí)原水中可能存在氧化劑對(duì)納濾膜造成不可逆氧化破壞，原水進(jìn)入納濾系統(tǒng)之前投加還原劑，以消除氧化劑對(duì)納濾膜的氧化破壞。

3)清洗設(shè)備。納濾系統(tǒng)設(shè)置一套清洗系統(tǒng)，當(dāng)核心納濾膜元件受到污染后，可進(jìn)行化學(xué)清洗。清洗設(shè)備包括過濾器、清洗泵、清洗箱及配套閥門、管道等附件。

納濾設(shè)備運(yùn)行一段后，由于有機(jī)物和無機(jī)物的污染致使膜被堵塞造成膜通量下降，這時(shí)必須清洗來保證膜的透水量。在同樣產(chǎn)水量下，膜運(yùn)行壓力超過10%或同等壓力下，產(chǎn)水量減少10%時(shí)進(jìn)行化學(xué)清洗，膜的通量恢復(fù)較好，可保證恢復(fù)膜的原有產(chǎn)水量。

2.3.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)按流程可劃分為三個(gè)單元，即過濾單元、納濾單元和勾兌、消毒、外輸單元。

本系統(tǒng)過程控制及檢測(cè)點(diǎn)較多，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)正常運(yùn)行，本系統(tǒng)采用PLC監(jiān)控系統(tǒng)，用以監(jiān)視、控制、管理整個(gè)生產(chǎn)過程，并可實(shí)現(xiàn)手自動(dòng)無擾切換。

系統(tǒng)采用PLC預(yù)置程序下的自動(dòng)控制，完成各單元運(yùn)行的檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集及控制功能，能夠按流程完成系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行，并可在故障狀態(tài)下自動(dòng)協(xié)調(diào)前后流程的切換，保證后續(xù)流程的正常運(yùn)行。

1)過程控制。本系統(tǒng)設(shè)置有液位儀表、壓力儀表、流量儀表、ORP儀、電導(dǎo)率儀，能夠在上位機(jī)實(shí)時(shí)記錄系統(tǒng)的重要操作數(shù)據(jù)并監(jiān)控裝置的運(yùn)行。

高壓泵的進(jìn)出口裝有壓力開關(guān)，當(dāng)供水不足，水壓過低，會(huì)自動(dòng)發(fā)出停機(jī)信號(hào)，使水泵停止運(yùn)行；當(dāng)由于出口壓力過高時(shí)，高壓開關(guān)可自動(dòng)切斷高壓泵的供電，保護(hù)系統(tǒng)不超壓運(yùn)行。

納濾膜組入口裝有電動(dòng)慢開閥門，使膜元件逐步受壓，防止水錘現(xiàn)象的發(fā)生，保護(hù)系統(tǒng)的安全。

2)液位儀表。液位儀表主要用于水池、水箱液位測(cè)量和傳動(dòng)設(shè)備連鎖控制，加藥液位控制和設(shè)備保護(hù)。

3)流量儀表。流量儀表主要用于納濾設(shè)備產(chǎn)水、濃水、勾兌進(jìn)水和外輸。

4)壓力儀表。壓力儀表主要用于納濾設(shè)備、水泵、過濾設(shè)備、外輸。

5)ORP儀表。ORP儀表主要用于測(cè)量進(jìn)納濾設(shè)備原水的氧化還原電位。

6)電導(dǎo)率儀表。電導(dǎo)率儀表主要用于納濾設(shè)備進(jìn)水、產(chǎn)水，反映納濾系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

3 運(yùn)行效果

本系統(tǒng)在近幾個(gè)月中，運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)硬度、硫酸鹽的去除效果明顯，實(shí)際條件下處理出水水質(zhì)脫鹽率達(dá)97%以上，出水水質(zhì)達(dá)到工程設(shè)定目標(biāo)，混合后出水總量2萬m3/d。膜系統(tǒng)處理最大電耗約0.85 kWh/m3，處理成本較經(jīng)濟(jì)合理。納濾設(shè)備進(jìn)、產(chǎn)水水質(zhì)及運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1，表2。

表1 納濾設(shè)備進(jìn)、產(chǎn)水水質(zhì)

表2 納濾設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)

4 存在問題

本系統(tǒng)在試運(yùn)行階段，納濾設(shè)備運(yùn)行正常，但預(yù)處理系統(tǒng)中袋式過濾器產(chǎn)生污堵情況，濾袋清洗較頻繁，特別是在調(diào)節(jié)水量啟動(dòng)深井時(shí)尤為明顯。通過對(duì)進(jìn)水水質(zhì)和現(xiàn)有工藝設(shè)計(jì)分析，判斷造成濾袋污堵的主要影響因素是由于新打井的水質(zhì)不穩(wěn)定、井水中含有一定數(shù)量細(xì)微泥沙造成的。根據(jù)后期水質(zhì)變化及運(yùn)行情況，考慮是否在袋式過濾器前增加有自動(dòng)清洗功能的預(yù)處理裝置(如疊片式過濾器)，有效保證后續(xù)袋式過濾器的穩(wěn)定運(yùn)行，減輕工人的勞動(dòng)力。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)投入使用后，市區(qū)的供水水質(zhì)得到明顯的改善提高。該系統(tǒng)具有占地少，工程實(shí)施容易，可作為水廠提升改造的優(yōu)選方案之一。目前，納濾膜技術(shù)已在水處理上得到廣泛應(yīng)用，但對(duì)于本水廠來說還是一個(gè)新工藝，需要不斷總結(jié)，摸索運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，透徹了解系統(tǒng)原理，正確操作,延長納濾膜的使用壽命，最大化地發(fā)揮本系統(tǒng)的使用價(jià)值。

Application of nanofiltration membrane system in groundwater treatment

Li Xiuhong

(ShanxiXiaoyiWaterSupplyCompany,Xiaoyi032300,China)

In order to improve drinking water quality criteria and guaranteeing water security, combining with Liubitou water plant conditions, in light of actual conditions of sulfate, high hardness and large amount of water, through schemes comparison, the article applies one-grade and two-section-style nanofiltration membrane processing technology, process partial original water and then mixes it with original water. As a result, the system operation conditions are good, and the effluent quality is better as well.

nanofiltration membrane, groundwater, technological design, effluent quality

2015-03-23

李秀紅(1967- )，女，工程師

1009-6825(2015)16-0119-02

TU991.112

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