超濾膜在給水改擴建中提高產(chǎn)水量的可行性分析

■王成云，李 力 ■中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430000

隨著城市規(guī)模不斷擴大，在新建供水工程的同時，陳舊的小規(guī)模水廠作為臨時過渡設(shè)施或備用水源的情況普遍存在，然而這些老水廠通常存在供水量不足或水質(zhì)較差的現(xiàn)象。如何解決這一問題，使老水廠物盡其用繼續(xù)造福人民，是我們在水廠改擴建工程中經(jīng)常遇到的問題。隨著超濾膜技術(shù)在給水工程中的不斷應(yīng)用和實踐，其優(yōu)異的出水水質(zhì)已經(jīng)得到了印證，而超濾膜技術(shù)模塊式組合、占地面積小的特點也為增加產(chǎn)水量提供了可能。本文針對某水廠利用超濾膜技術(shù)進行改擴建以提升產(chǎn)水量的可行性進行分析研究。

1 浸沒式超濾工藝概述

超濾膜過濾技術(shù)是一種靠壓力差為推動力的膜過濾技術(shù)，在自來水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景，其主要優(yōu)勢為:(1)產(chǎn)水水質(zhì)符合國家2012 年將要強制實施的包含106 項水質(zhì)指標的《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)，水廠抗沖擊負荷能力強，出水水質(zhì)穩(wěn)定。(2)優(yōu)異的出水水質(zhì)，藻類、微生物安全性得到徹底解決，保障飲水安全。(3)高水平的現(xiàn)代化水廠。超濾水廠供水規(guī)模靈活，僅需要增減超濾膜組件即可，適用于任何規(guī)模供水量的凈化處理，并且改擴建容易。

圖1-1 浸沒式超濾膜工作原理流程圖

圖1-2 浸沒式簾式膜組件

浸沒式超濾膜工藝過程主要包括:

(1)過濾過程:待過濾水通過進水管和進水控制閥進入超濾膜池，通過抽吸泵負壓抽吸或者虹吸把待濾水從中空纖維膜外側(cè)抽吸過膜壁，使過濾水得到凈化。

(2)反洗過程:在運行過程中，進水中的顆粒物會逐漸累積在膜的外表面，從而使過濾系統(tǒng)的跨膜壓差增加。超濾系統(tǒng)要停止過濾進行周期性的反洗。

反洗過程就是一方面將超濾產(chǎn)水反向透過中空纖維膜，同時在簾式膜堆底部通過氣沖擦洗中空纖維膜絲表面去除沉積物。

(3)完整性檢測。為了使膜過濾系統(tǒng)成為隔離病原體和其它顆粒物質(zhì)的一道有效屏障，過濾體系必須具備完整性，不能有任何破壞完整性的缺口。因此，在系統(tǒng)運行過程中，操作者能夠應(yīng)用檢測手段，證明這道屏障的完整性，是很關(guān)鍵的。完整性檢測系統(tǒng)包括壓縮氣源、氣體過濾器、減壓閥、精密壓力表等。

(4)化學清洗?；瘜W清洗分維護性化學清洗和恢復(fù)性化學清洗，通常泛指的化學清洗是指恢復(fù)性化學清洗，兩者都在膜過濾池內(nèi)直接進行而不需要將膜組吊出膜過濾池，所以是在線清洗?；謴?fù)性化學清洗周期通常為4-6 個月。為了運行的穩(wěn)定性，通常采用低濃度的次氯酸鈉對超濾膜進行定期的浸泡，以維護運行的穩(wěn)定性。

(5)系統(tǒng)操作。膜處理系統(tǒng)采用全自動化的過程和操作。當然在有必要的時候操作員完全可以進行手動操作和干預(yù)。操作程序簡單易懂，操作人員可以很容易地進行改動。

一般情況下，膜系統(tǒng)自動地在生產(chǎn)和反沖模式下轉(zhuǎn)換?；瘜W反沖洗設(shè)定由PLC 自動完成?；謴?fù)性清洗則需手動啟動，然后PLC 會按程序設(shè)定自動完成其余操作程序。

2 工程概況

某臨時過渡水廠現(xiàn)狀規(guī)模3000m3/d，水源為河水，凈水工藝采用穿孔旋流絮凝+平流沉淀+重力無閥濾池過濾+二氧化氯消毒工藝，需將規(guī)模增加至1.0 萬m3/d。經(jīng)分析，其取水經(jīng)改建后能滿足所需水量要求，但因受水廠內(nèi)用地限制，凈水工程沒有另行擴建所需用地，只能在現(xiàn)有水廠內(nèi)改造。

3 改造方案

考慮到該水廠水源為江河水，藻類較多，為了使改造后出廠水水量提高的同時達到更好的出水水質(zhì)，在現(xiàn)狀沉淀池出水側(cè)增設(shè)3 格浸沒式超濾膜池及抽吸泵室，超濾膜出水直接進清水池，進行后續(xù)處理，原有無閥濾池廢除，并在無閥濾池舊址建超濾膜清洗所需設(shè)備間。

該浸沒式超濾膜系統(tǒng)共設(shè)置3 格濾池，每格膜濾池安裝3 個浸沒式膜箱，有效膜面積為1890m2，膜通量為25L/h。

在不擴建前序絮凝沉淀等預(yù)處理構(gòu)筑物的同時水廠規(guī)模由3000m3/d 增加到1.0 萬m3/d 后，超濾膜系統(tǒng)的產(chǎn)水率一直是我們關(guān)心的問題，過高頻率的反沖洗將造成產(chǎn)水率低下，水廠無法正常運行。

進水濁度是超濾膜產(chǎn)水率的決定因素，濁度越高反沖洗頻率越高，反洗時間及反洗用水越多，過濾產(chǎn)水率則降低。根據(jù)多地考察以及超濾膜廠家的技術(shù)要求，濾前濁度控制在50NTU 以下，基本可以保證水廠設(shè)計供水規(guī)模。由此看出，進水濁度是控制本改造方案成敗的決定因素，而超濾膜的進水濁度又取決于原水水質(zhì)情況和預(yù)處理構(gòu)筑物的處理效果。

(1)原水水質(zhì)情況。整理分析該水廠一年的原水水質(zhì)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計如下:

高值時:90%涵蓋率的濁度為130NTU;

95%涵蓋率的濁度為254NTU;

低值時:90%涵蓋率的濁度為29.2NTU;

95%涵蓋率的濁度為126NTU;

原水高值小于50NTU 的涵蓋率為84%;

原水低值小于50NTU 的涵蓋率為92%。

由上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，該水廠84%的情況下原水濁度低于50NTU，水質(zhì)情況良好。

(2)預(yù)處理構(gòu)筑物情況。預(yù)處理構(gòu)筑物采用現(xiàn)狀的穿孔旋流絮凝池+平流沉淀池。

穿孔旋流絮凝池。穿孔旋流絮凝池1 座，共設(shè)6 格，單格尺寸2.78mx2.78m，有效水深2.6m，則:

有效容積:V=2.78 ×2.78 ×2.6 ×6=120.6m3;

絮凝時間:T=17.4min;

經(jīng)計算，產(chǎn)水量提升至1.0 萬m3/d 后，穿孔旋流絮凝池基本可以滿足規(guī)范要求。

平流沉淀池。平流沉淀池1 座，長18.0m，2.76m 寬廊道3 條，有效水深3.16m，則:

有效容積:V=18 ×2.76 ×3.16 ×3=471m3

停留時間T=1.07h，小于規(guī)范要求的1.5～3.0h。

考察當?shù)匾呀ǔ蛇\行的平流沉淀池，停留時間多在1～1.5h，沉淀出水能夠滿足濾池進水要求。

經(jīng)上述分析，本工程超濾膜池進水濁度能夠滿足要求。

但該構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)形式為條石砌筑，進行改造時需要加強結(jié)構(gòu)安全考慮，做好防滲防漏措施。

4 其它工程實例

為了了解超濾膜的實際運行情況，特別對上海徐涇、南通蘆涇等多個已運用超濾膜的水廠進行了實地考察。

上海徐涇水廠將一期3.0 萬m3/d 砂濾改造為:生物預(yù)處理+平流沉淀+超濾膜。其超濾膜池由原平流沉淀池部分改造而成，共4 組。改造后系統(tǒng)出水濁度一般在0.02NTU 左右，水質(zhì)良好，膜池運行周期90～120min。

江蘇南通蘆涇水廠超濾系統(tǒng)由原絮凝+斜管沉淀+虹吸濾池改造而成，規(guī)模為2.5 萬m3/d。水廠原水水質(zhì)濁度偏高，超濾系統(tǒng)為短流程，即絮凝+超濾:改造將虹吸濾池廢除，將原斜管沉淀池斜管拆除后改造為超濾膜池。目前超濾系統(tǒng)運行狀況良好，出水濁度在0.05NTU以下。膜池運行周期約90min。

5 反沖洗用水量計算

按照超濾膜池運行周期90min 計算，每天沖洗次數(shù)n=16 次，反洗強度為350m3/h，反洗時間5min，則單格膜濾池一天反洗水量為:

Q=16 ×350 ×5/60=467m3/d

6 結(jié)論

①超濾膜在給水改擴建工程中運用效果良好，出水水質(zhì)優(yōu)異;②該臨時過渡水廠采用浸沒式超濾膜技術(shù)改造后，產(chǎn)水量基本能夠達到設(shè)計需求。③改擴建工程中，大多要對舊的設(shè)施進行改造，應(yīng)提前充分做好分析，把保證結(jié)構(gòu)安全放在首位，且不應(yīng)長時間影響原系統(tǒng)的產(chǎn)水。

［1］羅敏.浸沒式超濾膜在大型自來水廠的應(yīng)用.GE 水處理及工藝過程處理.

［2］康華，徐立群.絮凝沉淀在膜處理工藝中的應(yīng)用研究.2010 年膜法市政水處理技術(shù)研討會.