張昀

（福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司福建福州　350001）

超濾技術(shù)在粗蘆島凈水廠中的運(yùn)用

張昀

（福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司福建福州350001）

粗蘆島凈水廠主要處理來自塘壩水庫的原水，該水庫周期性爆發(fā)藻類污染。為滿足工藝需要，采用以超濾為核心的組合工藝，以保障飲用水安全，其設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到且部分參數(shù)優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）。本文詳細(xì)介紹了該工程超濾處理的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)參數(shù)及系統(tǒng)特點(diǎn)，為國內(nèi)其他類似凈水廠的應(yīng)用提供有效的參考，特別是小型凈水廠的膜處理工程的建設(shè)。

自來水廠；超濾；湖庫水

1　工程概況

粗蘆島位于連江縣南部、閩江口入海處，屬連江縣琯頭鎮(zhèn)，近期規(guī)劃人口約為0.7萬人。隨著位于粗蘆島的馬尾船政船舶與海洋工程裝備園的擴(kuò)建與發(fā)展，島上常住居民的人口數(shù)也逐年增長，粗蘆島對(duì)生產(chǎn)生活用水的需求量也逐漸增大，現(xiàn)狀供水能力將遠(yuǎn)不能滿足粗蘆島供水量的需求，供水量不足將成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的障礙。

根據(jù)現(xiàn)狀及規(guī)劃預(yù)測(cè)，粗蘆島供水工程近期設(shè)計(jì)規(guī)模為0.3萬m3/d。本工程水源選用塘坂引水一期工程，其原水即為塘坂水庫水。根據(jù)塘坂水庫原水水質(zhì)報(bào)告，該水庫斷面水質(zhì)較好，除總氮及個(gè)別月份溶解氧、糞大腸桿菌超標(biāo)外，其余指標(biāo)均可達(dá)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)；原水濁度較低，除暴雨季節(jié)外，其余月份原水濁度均在20NTU以下。但近年夏季，鰲江流域塘坂水庫有藻類爆發(fā)的趨勢(shì)，最高時(shí)水庫水藻類含量超過2000萬個(gè)/L。

2　凈水工藝選擇

由于粗蘆島供水工程近期供水規(guī)模為0.3萬m3/d，項(xiàng)目規(guī)模小且項(xiàng)目實(shí)施周期較短，結(jié)合水源水質(zhì)，建議采用成套水處理設(shè)備的凈水模式。目前，使用率較高的主要有膜處理設(shè)備與傳統(tǒng)一體式水處理設(shè)備兩種。目前較為常見的傳統(tǒng)一體式水處理構(gòu)筑物基本上是按照“折板反應(yīng)-斜管沉淀-重力無閥濾池過濾”的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。

超濾是利用物理分離方法有效去除水中顆粒物質(zhì)的一種膜分離技術(shù)。其分離過程是以膜兩側(cè)壓差為驅(qū)動(dòng)力，以機(jī)械篩分原理為基礎(chǔ)的一種溶液分離過程，是一種無相變、低能耗物理分離過程。近期凈水廠膜處理設(shè)備與傳統(tǒng)一體式水處理設(shè)備具體對(duì)比如表1。

通過表1對(duì)比，可以看出，超濾膜處理設(shè)備雖然投資稍高，但是出水水質(zhì)、對(duì)原水適應(yīng)能力強(qiáng)、產(chǎn)水率高、投加藥劑少、自動(dòng)化程度高，故凈水廠近期凈水廠工藝采用超濾膜技術(shù)，為縮短施工工期，采用“自清洗過濾器+成套膜處理設(shè)備+不銹鋼清水池”的形式。

3　工藝流程

根據(jù)原水水質(zhì)指標(biāo)，本工程原水水質(zhì)較好，符合飲用水水源的要求，但存在藻類爆發(fā)的危險(xiǎn)，因此本工程凈水工藝除了要求能有效去除原水中的懸浮物（濁度）及消毒殺菌，達(dá)到國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）與建設(shè)部《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T-2005）的要求外，還要求能有效去除藻類。

表1　一體式水處理與膜處理比較

超濾設(shè)備的過濾方式主要可以分為浸沒式過濾技術(shù)和壓力膜過濾技術(shù)兩種類型，但浸沒式過濾技術(shù)無法將分離后的藻類完全排出膜池外，反而造成藻類在膜池的累積，不適于需要除藻的水廠應(yīng)用，故選擇壓力膜式過濾技術(shù)。壓力膜過濾技術(shù)又分為內(nèi)壓式過濾和外壓式過濾兩種不同的形式。內(nèi)壓式過濾納污能力較弱，對(duì)原水預(yù)處理程度要求高，所需前處理流程復(fù)雜，且清洗困難，故選擇外壓膜超濾技術(shù)。

根據(jù)與本工程相關(guān)試驗(yàn)結(jié)論，采用“自清洗過濾器+外壓式超濾膜”，不但能直接承受較高濁度的原水直接過濾，無需在前端設(shè)置反應(yīng)沉淀池，節(jié)省投資；同時(shí)能有效除藻類。

由于近期凈水廠采用的是膜處理工藝，在不投加混凝劑情況下，過濾效果比較理想，在超濾膜前投加混凝劑反而容易堵塞膜孔，因此本工程近期不投加混凝劑。消毒設(shè)計(jì)部分，由于氯氣及二氧化氯氧化性強(qiáng)，容易氧化超濾膜的膜絲組件，縮短其使用壽命，影響出水水質(zhì)，因此超濾膜水廠不應(yīng)采用氯氣及二氧化氯消毒，因此，本工程采用次氯酸鈉溶液消毒。

綜上所述，本工程近期凈水工藝推薦采用：“自清洗過濾器+外壓式超濾膜”，并在超濾膜設(shè)備前后投加消毒劑次氯酸鈉。具體工藝流程見圖1。

本設(shè)計(jì)近期凈水廠出水濁度控制目標(biāo)≤0.2NTU，其余指標(biāo)均應(yīng)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）與《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T-2005），同時(shí)出廠水藻類控制目標(biāo)參考美國、加拿大飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)近期凈水出水藻類含量控制目標(biāo)≤105個(gè)/L。

圖1　工藝流程圖

4　工程設(shè)計(jì)

水廠建設(shè)規(guī)模為0.3萬m3/d，水處理系統(tǒng)包括預(yù)處理單元、膜處理單元、加藥單元、加壓輸送單元等。主要建構(gòu)筑物為1座超濾膜車間、1座清水池及1座配電間。

4.1超濾膜車間

設(shè)1座超濾膜車間，處理規(guī)模為3000m3/d，超濾膜車間與加氯間、送水泵房、化學(xué)清洗間、配電間等合建，超濾膜車間平面尺寸為25.0m×12.0m，高6.5m；配電間位于超濾膜車間北側(cè)，6.0m× 4.0m，高6.5m。

為降低超濾膜設(shè)備負(fù)荷，盡可能攔截原水中的大顆粒雜質(zhì)，在超濾膜設(shè)備前設(shè)置2套過濾精度為100μm的自清洗過濾器（Q=200m3/d，一用一備）。由于原水水頭遠(yuǎn)超過超濾設(shè)計(jì)入口壓力，因此在超濾膜設(shè)備前設(shè)置2套可調(diào)式減壓閥（一用一備）。即原水進(jìn)入車間依次通過自清洗過濾器、可調(diào)式減壓閥后，再進(jìn)入超濾膜設(shè)備。

超濾膜車間一共設(shè)置2套外壓式超濾膜設(shè)備。每套超濾膜設(shè)備過濾能力為：80m3/h，每套超濾膜設(shè)備各安裝40支膜管；此外每套超濾膜設(shè)備各配套清洗設(shè)備。

膜管采用曼胡默爾（MANN+HUMMEL）U860超濾膜，單管膜通量膜通量2000L/h，采用親水改性的聚丙烯腈（PAN）材質(zhì)，為外徑2mm，內(nèi)徑1mm的外壓式結(jié)構(gòu)，單元有效面積為45m2，過濾孔徑為50nm。

每套超濾膜設(shè)備氣水反洗周期為2次/h，氣水反洗持續(xù)時(shí)間為50s。反沖洗水源來自配套的反沖洗水箱（V=5m3，兼作產(chǎn)水水箱用途），兩套超濾膜組輪流反洗。

超濾膜設(shè)備每24h需EBF化學(xué)清洗一次，2套設(shè)備輪流清洗，可視具體情況確定采用氫氧化鈉或鹽酸溶液進(jìn)行EBF化學(xué)清洗，EBF化學(xué)清洗水泵與常規(guī)反沖洗水泵共用。

超濾膜設(shè)備每30d需CIP化學(xué)清洗一次，2套設(shè)備輪流清洗，CIP化學(xué)清洗溶液采用草酸溶液，并設(shè)置一套專用CIP反沖洗泵。

4.2加氯間

本工程加氯間與超濾膜車間合建，加氯消毒采用次氯酸鈉溶液，采用成品溶液投加，投加濃度為5%，本設(shè)計(jì)考慮濾前、后2個(gè)加氯點(diǎn)，其中濾前加氯點(diǎn)位于超濾膜設(shè)備進(jìn)水管上，最大加氯量為2mg/L；濾后加氯點(diǎn)位于超濾膜設(shè)備至清水池的進(jìn)水管上，最大加氯量為3mg/L。

4.3清水池

凈水廠清水池應(yīng)考慮有足夠的調(diào)節(jié)量，本工程設(shè)1座800m3不銹鋼清水池，分為獨(dú)立2格，調(diào)節(jié)容積為供水規(guī)模的24%。

4.4送水泵房

送水泵房主要用于將凈水廠凈化過的清水增壓輸送至粗蘆島用戶，送水泵房與超濾膜車間合建，采用半地下式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)3臺(tái)立式增壓泵，Q=100m3/h，H=35m，N=22kW。

5　設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）總平面采用集約化布置，將相關(guān)功能的膜處理車間、加氯間、送水泵房聯(lián)合建設(shè)，占地面積為3.5畝，有效的節(jié)約了用地。

（2）本設(shè)計(jì)采用外壓膜超濾技術(shù)，可有效去除藻類、有機(jī)物，出水水質(zhì)優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006），建設(shè)周期短。

（3）膜通量即單位膜面積上過濾水的流量，本設(shè)計(jì)采用較低的膜通量，可降低膜的不可逆污染，延長膜的清洗周期，保證凈水廠的穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）膜系統(tǒng)采用集成化安裝模式，自動(dòng)化控制設(shè)備、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、自動(dòng)閥組以及儀表安裝在一個(gè)機(jī)架內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)安裝簡化，運(yùn)行維護(hù)方便。

（5）采用合理的工藝流程，選用自清洗過濾器，簡化超濾工藝前處理，有效的降低了工程投資。

（6）超濾膜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全部的自動(dòng)控制，運(yùn)行穩(wěn)定，有效降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了人力資源。

6　結(jié)語

粗蘆島供水工程采用“自清洗過濾器+外壓式超濾膜”的處理工藝，建設(shè)周期短、出水水質(zhì)良好，并具有去除藻類、有機(jī)物效果好的特點(diǎn)，適應(yīng)了人民群眾對(duì)水質(zhì)要求不斷提高的需要。目前本工程已進(jìn)入正式施工階段，本文介紹了膜處理設(shè)計(jì)思路、工藝流程、膜組件特性等，供類似小型供水工程參考。

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