超濾技術在水廠升級改造中的應用分析

【摘要】隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，民眾對飲用水水質(zhì)安全的要求也更為重視。針對新的國家標準（GB 5749-2006），傳統(tǒng)凈水技術已不能很好的解決生物安全性問題。目前，國內(nèi)很多水廠面臨工藝升級改造的問題，以超濾為核心技術的組合工藝具有廣泛的應用前景。文章主要介紹了超濾技術的特點，對超濾技術在水廠升級改造中的應用前景進行分析。

【關鍵詞】超濾技術；水廠升級改造；應用前景

1.飲用水凈化工藝的發(fā)展

1.1 第一代飲用水凈化工藝

20世紀初，人類社會面臨飲用水生物安全問題研發(fā)出第一代城市飲用水凈化工藝：混凝→沉淀→過濾→氯消毒。20世紀中葉，水介病毒性傳染?。ㄈ缂赘蔚龋┑牧餍校苿恿说谝淮に嚨陌l(fā)展。

1.2 第二代飲用水凈化工藝

20世紀70年代，飲用水中微量有機污染物和氯化消毒副產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)，推動了第二代城市飲用水凈化工藝的發(fā)展，即：第一代工藝→臭氧→活性炭顆粒。第二代工藝較好的去除了水中有機物污染，提高了飲用水化學安全性，但同時生物安全性卻降低了，出水中的活性炭顆粒對微生物起到了保護作用，甚至出現(xiàn)劍水蚤、紅蟲等致病微生物，故第二代工藝的合理性和優(yōu)越性不再被人們充分認可。

1.3 第三代飲用水凈化工藝

隨著工業(yè)技術的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界和科技界都把膜技術作為21世紀一項重要的高新技術。超濾作為膜技術的一種，可幾乎完全去除水中的微生物，有效解決新的生物安全性問題，被認為是第三代城市飲用水凈化工藝的核心技術和發(fā)展、應用的主要方向。我國大部分城市以Ⅲ類水體為水源，凈化工藝組成如下：

Ⅲ類水原水→安全預氧化/強化混凝→生物活性炭/超濾→安全消毒

上述工藝中超濾、活性炭物理吸附和生物降解屬綠色工藝；而將超濾置于活性炭之后，出水中的微生物及炭顆?？杀唤亓?，相當于對水中的水生生物、致病微生物、濁質(zhì)、有機物等進行了多級去除，使其含量得到逐級削減，有效降低超濾膜前負荷。采用的多種處理單元具有互補性和協(xié)同效應，從而使工藝整體得到優(yōu)化。

2.超濾膜的技術特點

2.1 超濾膜的優(yōu)點

超濾膜的孔徑為數(shù)納米，而細菌、病毒等病原微生物大多吸附在膠體等顆粒表面，顆粒物質(zhì)的有效去除就意味著致病微生物的有效去除，可使飲用水生物安全性得到最大的提高，出水微生物學指標能達到飲用水水質(zhì)衛(wèi)生標準。另外，超濾出水濁度一般為0.1NTU，甚至更低，這表明水中微生物同樣被有效去除。

2.2 超濾膜的缺點及措施

超濾能去除部分天然大分子有機物（如腐殖酸等）。強化混凝能提高對天然有機物的去除效果，預氧化劑（如高錳酸鉀）和助凝劑使混凝對天然有機物的去除效果得到提高。

另外超濾對中小分子有機物，特別是微量有機污染物的去除效果較差。需在膜前增設處理單元去除有機物，例如采用顆粒活性炭可以發(fā)揮物理吸附和生物降解的作用；采用粉末活性炭可提高濃度和停留時間，能將吸附容量充分發(fā)揮出來；生物粉末活性炭可進一步提升對有機物的物理吸附和生物降解效果。

3.超濾技術的應用發(fā)展

3.1 國外應用發(fā)展情況

在國際上，采用超濾技術作為水廠的水處理工藝已經(jīng)逐漸成為主流。1996年，超濾水廠總處理水量在20×104m3/d，2006年的處理水量800×104m3/d以上。在北美，已有250座超濾水廠，累計處理量達到300×104m3/d，并且許多新建水廠和老水廠改造項目越來越多的采用超濾工藝。在歐洲，超濾工藝在小型水廠應用居多，但處理能力1×104m3/d以上的超濾水廠已有33座，英國已有100多家水廠采用該工藝，產(chǎn)水能力已達到110×104m3/d。在亞洲，近幾年超濾技術的應用增長顯著，新加坡已建成27.5×104m3/d大型超濾水廠，日本超濾產(chǎn)水量已近400×104m3/d。

3.2國內(nèi)應用發(fā)展情況

近幾年，國內(nèi)超濾水廠建設也突飛猛進。目前已建成的有5000m3/d楊柳青超濾水廠、山東東營10×104m3/d超濾水廠、無錫中橋15×104m3/d超濾水廠等；正在建設或規(guī)劃中的超濾水廠有杭州清泰30×104m3/d超濾水廠、北京郭公莊50×104m3/d超濾水廠、廣州花都100×104m3/d超濾水廠等。

3.3 工藝升級改造中的應用案例

3.3.1 替代沉淀-過濾工藝

新加坡Chestnut Avenue水廠一期供水規(guī)模27.3×104m3/d，是目前世界上已投入運行的最大規(guī)模超濾水廠。超濾工藝目的是控制濁度、色度和有機物，超濾出水采用虹吸工藝，很大程度的降低了運行成本。

加拿大City of Kamloops水廠供水規(guī)模16×104m3/d，采用兩級超濾系統(tǒng)，將一級超濾反洗水回收后再進行二級超濾處理，工藝的產(chǎn)水率達到99%以上。

3.3.2 替代過濾工藝

美國Columbia Heights水廠供水規(guī)模26.5×104m3/d，是目前北美運行規(guī)模最大的超濾水廠。面對美國水質(zhì)法規(guī)的壓力，對老水廠工藝進行了改造，將傳統(tǒng)的砂濾工藝改建為超濾工藝，以去除兩蟲，保障飲用水的微生物安全，同時有效提高了水的回收率。

美國科羅拉多州Columbine水廠，供水規(guī)模18.7×104m3/d，水廠原有工藝存在產(chǎn)水水質(zhì)較差、供水量不足的問題，采用二級過濾系統(tǒng)對老水廠進行改造，將砂濾池改為超濾工藝，水回收率高達99%。

3.3.3 作為深度處理工藝

無錫中橋水廠建設規(guī)模60×104m3/d，一期規(guī)模 30×104m3/d，已于92年6月建成投產(chǎn)；二期規(guī)模30×104m3/d，已于96年6月建成投產(chǎn)。隨著近年來太湖流域水源污染和新國標（GB5749-2006）的頒布，其現(xiàn)有的常規(guī)生產(chǎn)工藝已不能滿足國家和民眾對水質(zhì)的要求，一期增加超濾膜深度處理已投產(chǎn)，處理能力15×104m3/d，是國內(nèi)飲用水行業(yè)第一個也是最大超濾膜處理工程，其出水水質(zhì)全面達到且部分優(yōu)于國家標準（GB5749-2006）要求，特別是對濁度、藻類、細菌、兩蟲等有非常好的去除效果。

加拿大Lakeview水廠，供水規(guī)模26.1×104m3/d，是目前最大臭氧活性炭耦合超濾的兩級深度處理系統(tǒng)。

超濾工藝主要是擴大傳統(tǒng)制水工藝的產(chǎn)水規(guī)模并提高水質(zhì)。

法國Vigneux水廠，供水規(guī)模5.5×104m3/d，采用粉末活性炭吸附+超濾作為深度處理工藝，PAC平均投加量為8mg/L，采用生石灰調(diào)值，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

4.推薦的升級方案

超濾能將水的濁度降至0.1NTU，獲得超低濁度的水，一般都將超濾單元設在常規(guī)工藝之后，或取代常規(guī)工藝后一個或多個處理單元等，如：澄清池內(nèi)加裝超濾膜、沉淀池內(nèi)加裝超濾膜、沉淀池改造成超濾膜池、濾池改造成超濾膜池、濾池后加超濾膜、微絮凝后直接超濾等。同時為了滿足新的國家標準（GB5749-2006）要求，需同時對膜前和膜后處理單元進行適度改造，將工藝系統(tǒng)作為一個整體，按照第三代工藝進行優(yōu)化。我國常規(guī)工藝多種多樣，需根據(jù)常規(guī)工藝的特點，選擇最優(yōu)的超濾單元設置方式。

5.應用前景分析

目前，我國已有城鎮(zhèn)水廠中大部分仍為第一代凈水工藝，出水水質(zhì)達不到新國標的要求，大部分水廠凈水工藝亟待升級改造；另外，隨著微污染水源問題和二代凈水工藝生物安全性問題被人們關注，大部分水廠迫切需要增加深度處理單元。用超濾取代常規(guī)工藝中的過濾單元或取代沉淀、過濾單元，在提高出水水質(zhì)的同時，還可提高出水水量；另外，可充分利用原工藝中的沉淀和過濾空間，不增設新的凈水構筑物，有效降低建設費用和后期運行費用。因此，超濾技術在水廠凈水工藝升級改造中具有廣闊的應用前景。

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