浸入式超滤膜技术在净水处理中的应用

2011-11-20张国宇何寿平

中国环保产业 2011年6期

关键词：自来水厂超滤膜净水

张国宇，何寿平

(金州环境集团股份有限公司技术中心，北京 100101)

浸入式超滤膜技术在净水处理中的应用

张国宇，何寿平

(金州环境集团股份有限公司技术中心，北京 100101)

新《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）实施后，自来水厂升级改造问题迫在眉睫，以浸入式超滤膜为核心的净水技术是可供选择的最佳技术之一。本文针对膜过滤技术存在的问题，提出了以超滤膜为核心的短流程净水工艺和同一膜池分单元运行的概念，并将其成功地应用于自来水厂的改造中，取得了良好的效果，该工艺具有占地面积小、运行成本低、管理方便、出水水质好等优点。

浸入式超滤膜;短流程;分单元;净水技术

新《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）已于2007年7月1日实施。新标准对水质指标做了极其严格的规定，如对自来水的106项指标进行了极其严格的限制，在生物监测指标方面规定出水水质总大肠菌群、耐热大肠菌群、大肠埃希氏菌均不得检出，细菌总数小于100CFU/mL，贾第鞭毛虫小于1 个/10L，隐孢子虫小于1个/10L（贾第鞭毛虫和隐孢子虫简称为“两虫”），浊度指标也由原来的小于3NTU，提高到小于1NTU等。而目前我国绝大部分自来水厂采用的仍然是传统处理工艺：混凝—沉淀—砂滤—消毒。该工艺对未受污染水源水中的胶体、悬浮物、微生物等污染物具有良好的去除效果，对水中的有机污染物有一定的去除作用，但对两虫的去除效果甚微。同时，随着工业的高速发展，我国水源的水质也不断恶化。以长江为例，长江流域年污水排放总量多达250多亿m3，占全国污水排放总量的40%以上，其中80%以上的污水未经有效处理，就直接排入长江。目前长江干流60%的水体都已受到不同程度的污染。其中工业和人口比较密集的长江中下游的上千公里河段，沿岸水质基本都已在Ⅲ类和Ⅳ类之间。因此对我国自来水厂现有的传统处理工艺提出了新的挑战，国内大部分自来水厂现有的处理工艺将面临技术改造的问题。目前，自来水厂主要的强化处理技术有生物预处理、预氧化、改善混凝、臭氧氧化、活性炭吸附、膜处理等。

膜分离技术被誉为21世纪的绿色处理技术。膜技术发展迅速，越来越为人们所关注。其中，超滤膜位于膜过滤连续谱图中的纳滤和微滤之间，其截留分子量为5000～500,000道尔顿，孔径为0.1～0.01μm。超滤过程是一个物理筛分过程：以膜两侧的压力差（跨膜压差）为驱动力，以超滤膜为过滤介质，当水流通过膜表面时，只允许水、小分子和可溶性物质通过，阻止水中的悬浮物、胶体、微生物、蛋白质等大分子物质通过，从而达到净化水的目的。相比其它膜过滤技术，超滤膜过滤技术具有运行成本低、处理效果好、能够保留水中对人体有益的溶解性无机盐、可以去除水中对人体有害的细菌甚至病毒等特点。超滤膜过滤技术现已成为水处理领域中的关注热点。以超滤技术为核心的水处理工艺被专家称为“第三代水处理工艺”。

尽管将超滤膜技术引入自来水处理中能够达到很好的效果，但是在具体应用中还存在诸多问题：

（1）膜的价格、建设费用及运行成本仍然偏高；

（2）膜的污染机理、运行机理有待更深层次的研究和认识；

（3）超滤膜净水工艺与传统净水工艺之间如何进行匹配的研究有待进一步深入；

（4）超滤膜净水技术系统研究有待进一步深入。

针对以上情况，太平洋水处理工程有限公司、南通自来水公司、苏州立升净水科技有限公司和金州环境集团股份有限公司技术中心结合江苏省南通市芦泾水厂技术改造，进行了以浸入式超滤膜技术为核心的短流程净水工艺研究，试验规模达到1500m3/d。研究自2008年3月开始，持续进行了一年多实验。试验装置见图1。

图1 浸入式超滤膜技术实验装置

以浸入式超滤膜技术为核心的短流程净水工艺，即原水经过絮凝之后直接进入超滤膜池，在膜池内完成膜过滤、浓水回收、沉淀、污泥浓缩等功能，产水率达到99.2%以上，大大降低了水厂自用水率。同时还研发出同一膜池内分膜单元运行的方式，即同一膜池中的多个膜组件（采用浸入式超滤膜）被分为若干个膜单元，膜单元各自独立运行，通过程序控制，实现某膜单元清洗（包括水洗和曝气），其余膜单元正常运行。同时，清洗出的浓水由其他正在运行的膜单元加以回收，从而达到整个膜池的不间断运行，提高了系统的产水率。该运行方式属“多个超滤膜单元在同一跨膜压差下的变通量运行”。实现了同一膜池中不同膜单元产水的自动平衡，减缓了膜单元的污染，保证了系统的稳定运行。为了保证污泥浓缩效果，应保证膜组件底部与池底之间的距离。此运行方式可以不用单独建设浓水回收装置，节省投资。

为了节约运行成本，并充分利用水厂的剩余水头，超滤膜应在低跨膜压差、低通量下运行，这种运行方式能够保证膜表面的滤饼层比较松散，从而能够减缓超滤膜的深层污染，减少恢复性化学清洗次数，方便水厂运行管理。

以江苏省南通市芦泾水厂技术改造方案为例：南通市芦泾水厂隶属于江苏省南通市自来水公司，始建于1973年，改造前供水能力为5×104m3/d，分为两条生产线，生产能力均为2.5×104m3/d。原水取自于长江，工艺流程为原水—双层回转隔板絮凝池—斜管沉淀池—虹吸滤池—消毒—清水池，厂区面积较小，几乎没有闲置场地。

芦泾水厂原净水工艺是按出厂水浊度不大于5NTU的标准设计的，2000年以来，水厂全年一直处于满负荷、超负荷的工作状态，为了适应新的《国家生活饮用水卫生标准》，南通市自来水公司提出了技术改造要求。结合路径水厂特点，经过反复对比，最终确定芦泾水厂的改造方案采用管沉淀池改成膜池、砂滤池改为应急处理水池的方案。

芦泾水厂改造工程于2009年12月31日正式通水。8个多月的运行结果表明，芦泾水厂改造工程运行良好，超滤膜一直采用虹吸方式运行，大大节约了运行成本，方便了水厂管理，改造工程不仅没有增加水厂用地，还将空闲处的滤池作为了应急处理水池。

改造后的膜池和应急处理水池见图2。