超滤技术在粗芦岛净水厂中的运用

2015-10-29张昀

建材与装饰 2015年13期

关键词：加氯净水厂超滤膜

张昀

（福州城建设计研究院有限公司福建福州　350001）

超滤技术在粗芦岛净水厂中的运用

张昀

（福州城建设计研究院有限公司福建福州350001）

粗芦岛净水厂主要处理来自塘坝水库的原水，该水库周期性爆发藻类污染。为满足工艺需要，采用以超滤为核心的组合工艺，以保障饮用水安全，其设计出水水质达到且部分参数优于《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。本文详细介绍了该工程超滤处理的设计方案、设计参数及系统特点，为国内其他类似净水厂的应用提供有效的参考，特别是小型净水厂的膜处理工程的建设。

自来水厂；超滤；湖库水

1　工程概况

粗芦岛位于连江县南部、闽江口入海处，属连江县琯头镇，近期规划人口约为0.7万人。随着位于粗芦岛的马尾船政船舶与海洋工程装备园的扩建与发展，岛上常住居民的人口数也逐年增长，粗芦岛对生产生活用水的需求量也逐渐增大，现状供水能力将远不能满足粗芦岛供水量的需求，供水量不足将成为制约当地经济发展的障碍。

根据现状及规划预测，粗芦岛供水工程近期设计规模为0.3万m3/d。本工程水源选用塘坂引水一期工程，其原水即为塘坂水库水。根据塘坂水库原水水质报告，该水库断面水质较好，除总氮及个别月份溶解氧、粪大肠杆菌超标外，其余指标均可达《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅱ类标准；原水浊度较低，除暴雨季节外，其余月份原水浊度均在20NTU以下。但近年夏季，鳌江流域塘坂水库有藻类爆发的趋势，最高时水库水藻类含量超过2000万个/L。

2　净水工艺选择

由于粗芦岛供水工程近期供水规模为0.3万m3/d，项目规模小且项目实施周期较短，结合水源水质，建议采用成套水处理设备的净水模式。目前，使用率较高的主要有膜处理设备与传统一体式水处理设备两种。目前较为常见的传统一体式水处理构筑物基本上是按照“折板反应-斜管沉淀-重力无阀滤池过滤”的原理进行设计。

超滤是利用物理分离方法有效去除水中颗粒物质的一种膜分离技术。其分离过程是以膜两侧压差为驱动力，以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程，是一种无相变、低能耗物理分离过程。近期净水厂膜处理设备与传统一体式水处理设备具体对比如表1。

通过表1对比，可以看出，超滤膜处理设备虽然投资稍高，但是出水水质、对原水适应能力强、产水率高、投加药剂少、自动化程度高，故净水厂近期净水厂工艺采用超滤膜技术，为缩短施工工期，采用“自清洗过滤器+成套膜处理设备+不锈钢清水池”的形式。

3　工艺流程

根据原水水质指标，本工程原水水质较好，符合饮用水水源的要求，但存在藻类爆发的危险，因此本工程净水工艺除了要求能有效去除原水中的悬浮物（浊度）及消毒杀菌，达到国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）与建设部《城市供水水质标准》（CJ/T-2005）的要求外，还要求能有效去除藻类。

表1　一体式水处理与膜处理比较

超滤设备的过滤方式主要可以分为浸没式过滤技术和压力膜过滤技术两种类型，但浸没式过滤技术无法将分离后的藻类完全排出膜池外，反而造成藻类在膜池的累积，不适于需要除藻的水厂应用，故选择压力膜式过滤技术。压力膜过滤技术又分为内压式过滤和外压式过滤两种不同的形式。内压式过滤纳污能力较弱，对原水预处理程度要求高，所需前处理流程复杂，且清洗困难，故选择外压膜超滤技术。

根据与本工程相关试验结论，采用“自清洗过滤器+外压式超滤膜”，不但能直接承受较高浊度的原水直接过滤，无需在前端设置反应沉淀池，节省投资；同时能有效除藻类。

由于近期净水厂采用的是膜处理工艺，在不投加混凝剂情况下，过滤效果比较理想，在超滤膜前投加混凝剂反而容易堵塞膜孔，因此本工程近期不投加混凝剂。消毒设计部分，由于氯气及二氧化氯氧化性强，容易氧化超滤膜的膜丝组件，缩短其使用寿命，影响出水水质，因此超滤膜水厂不应采用氯气及二氧化氯消毒，因此，本工程采用次氯酸钠溶液消毒。

综上所述，本工程近期净水工艺推荐采用：“自清洗过滤器+外压式超滤膜”，并在超滤膜设备前后投加消毒剂次氯酸钠。具体工艺流程见图1。

本设计近期净水厂出水浊度控制目标≤0.2NTU，其余指标均应满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）与《城市供水水质标准》（CJ/T-2005），同时出厂水藻类控制目标参考美国、加拿大饮用水水质标准，本设计近期净水出水藻类含量控制目标≤105个/L。

图1　工艺流程图

4　工程设计

水厂建设规模为0.3万m3/d，水处理系统包括预处理单元、膜处理单元、加药单元、加压输送单元等。主要建构筑物为1座超滤膜车间、1座清水池及1座配电间。

4.1超滤膜车间

设1座超滤膜车间，处理规模为3000m3/d，超滤膜车间与加氯间、送水泵房、化学清洗间、配电间等合建，超滤膜车间平面尺寸为25.0m×12.0m，高6.5m；配电间位于超滤膜车间北侧，6.0m× 4.0m，高6.5m。

为降低超滤膜设备负荷，尽可能拦截原水中的大颗粒杂质，在超滤膜设备前设置2套过滤精度为100μm的自清洗过滤器（Q=200m3/d，一用一备）。由于原水水头远超过超滤设计入口压力，因此在超滤膜设备前设置2套可调式减压阀（一用一备）。即原水进入车间依次通过自清洗过滤器、可调式减压阀后，再进入超滤膜设备。

超滤膜车间一共设置2套外压式超滤膜设备。每套超滤膜设备过滤能力为：80m3/h，每套超滤膜设备各安装40支膜管；此外每套超滤膜设备各配套清洗设备。

膜管采用曼胡默尔（MANN+HUMMEL）U860超滤膜，单管膜通量膜通量2000L/h，采用亲水改性的聚丙烯腈（PAN）材质，为外径2mm，内径1mm的外压式结构，单元有效面积为45m2，过滤孔径为50nm。

每套超滤膜设备气水反洗周期为2次/h，气水反洗持续时间为50s。反冲洗水源来自配套的反冲洗水箱（V=5m3，兼作产水水箱用途），两套超滤膜组轮流反洗。

超滤膜设备每24h需EBF化学清洗一次，2套设备轮流清洗，可视具体情况确定采用氢氧化钠或盐酸溶液进行EBF化学清洗，EBF化学清洗水泵与常规反冲洗水泵共用。

超滤膜设备每30d需CIP化学清洗一次，2套设备轮流清洗，CIP化学清洗溶液采用草酸溶液，并设置一套专用CIP反冲洗泵。

4.2加氯间

本工程加氯间与超滤膜车间合建，加氯消毒采用次氯酸钠溶液，采用成品溶液投加，投加浓度为5%，本设计考虑滤前、后2个加氯点，其中滤前加氯点位于超滤膜设备进水管上，最大加氯量为2mg/L；滤后加氯点位于超滤膜设备至清水池的进水管上，最大加氯量为3mg/L。

4.3清水池

净水厂清水池应考虑有足够的调节量，本工程设1座800m3不锈钢清水池，分为独立2格，调节容积为供水规模的24%。

4.4送水泵房

送水泵房主要用于将净水厂净化过的清水增压输送至粗芦岛用户，送水泵房与超滤膜车间合建，采用半地下式，钢筋混凝土结构。设3台立式增压泵，Q=100m3/h，H=35m，N=22kW。