超濾膜在給水改擴建中提高產水量的可行性分析

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

隨著城市規模不斷擴大，在新建供水工程的同時，陳舊的小規模水廠作為臨時過渡設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較差的現象。如何解決這一問題，使老水廠物盡其用繼續造福人民，是我們在水廠改擴建工程中經常遇到的問題。隨著超濾膜技術在給水工程中的不斷應用和實踐，其優異的出水水質已經得到了印證，而超濾膜技術模塊式組合、占地面積小的特點也為增加產水量提供了可能。本文針對某水廠利用超濾膜技術進行改擴建以提升產水量的可行性進行分析研究。

1 浸沒式超濾工藝概述

超濾膜過濾技術是一種靠壓力差為推動力的膜過濾技術，在自來水處理中具有廣闊的應用前景，其主要優勢為:(1)產水水質符合國家2012 年將要強制實施的包含106 項水質指標的《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)，水廠抗沖擊負荷能力強，出水水質穩定。(2)優異的出水水質，藻類、微生物安全性得到徹底解決，保障飲水安全。(3)高水平的現代化水廠。超濾水廠供水規模靈活，僅需要增減超濾膜組件即可，適用于任何規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，從而使過濾系統的跨膜壓差增加。超濾系統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。為了使膜過濾系統成為隔離病原體和其它顆粒物質的一道有效屏障，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，在系統運行過程中，操作者能夠應用檢測手段，證明這道屏障的完整性，是很關鍵的。完整性檢測系統包括壓縮氣源、氣體過濾器、減壓閥、精密壓力表等。

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

(5)系統操作。膜處理系統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。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，膜系統自動地在生產和反沖模式下轉換。化學反沖洗設定由PLC 自動完成。恢復性清洗則需手動啟動，然后PLC 會按程序設定自動完成其余操作程序。

2 工程概況

某臨時過渡水廠現狀規模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，需將規模增加至1.0 萬m3/d。經分析，其取水經改建后能滿足所需水量要求，但因受水廠內用地限制，凈水工程沒有另行擴建所需用地，只能在現有水廠內改造。

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，在現狀沉淀池出水側增設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備間。

該浸沒式超濾膜系統共設置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處理構筑物的同時水廠規模由3000m3/d 增加到1.0 萬m3/d 后，超濾膜系統的產水率一直是我們關心的問題，過高頻率的反沖洗將造成產水率低下，水廠無法正常運行。

進水濁度是超濾膜產水率的決定因素，濁度越高反沖洗頻率越高，反洗時間及反洗用水越多，過濾產水率則降低。根據多地考察以及超濾膜廠家的技術要求，濾前濁度控制在50NTU 以下，基本可以保證水廠設計供水規模。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情況和預處理構筑物的處理效果。

(1)原水水質情況。整理分析該水廠一年的原水水質數據，統計如下:

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%。

由上述統計數據可以看出，該水廠84%的情況下原水濁度低于50NTU，水質情況良好。

(2)預處理構筑物情況。預處理構筑物采用現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;

經計算，產水量提升至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，小于規范要求的1.5～3.0h。

考察當地已建成運行的平流沉淀池，停留時間多在1～1.5h，沉淀出水能夠滿足濾池進水要求。

經上述分析，本工程超濾膜池進水濁度能夠滿足要求。

但該構筑物結構形式為條石砌筑，進行改造時需要加強結構安全考慮，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。改造后系統出水濁度一般在0.02NTU 左右，水質良好，膜池運行周期90～120min。

江蘇南通蘆涇水廠超濾系統由原絮凝+斜管沉淀+虹吸濾池改造而成，規模為2.5 萬m3/d。水廠原水水質濁度偏高，超濾系統為短流程，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 結論

①超濾膜在給水改擴建工程中運用效果良好，出水水質優異;②該臨時過渡水廠采用浸沒式超濾膜技術改造后，產水量基本能夠達到設計需求。③改擴建工程中，大多要對舊的設施進行改造，應提前充分做好分析，把保證結構安全放在首位，且不應長時間影響原系統的產水。

［1］羅敏.浸沒式超濾膜在大型自來水廠的應用.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用研究.2010 年膜法市政水處理技術研討會.