劉桐瑋,劉 翊,董 捷,
(1.天津泰達水業(yè)有限公司 天津300457;2.天津泰達新水源科技開發(fā)有限公司 天津300457;3.天津泰達津聯(lián)自來水有限公司 天津300457)
目前國外一些國家在自來水廠改造過程中,大都選擇膜處理技術,我國大部分凈水廠仍使用傳統(tǒng)混凝沉淀工藝,部分自來水廠采用了超濾膜凈化處理技術進行凈水處理。天津某凈水廠采用了多介質-活性炭-超濾膜聯(lián)合凈水工藝,至今出水量穩(wěn)定,各項水質指標都符合并遠高于國家標準。本文根據(jù)超濾膜進出水工藝參數(shù)進行節(jié)能降耗改造,降低噸水成本,同時對超濾系統(tǒng)的優(yōu)化運行進行深入探討。
天津某凈水廠采用了多介質-活性炭-超濾系統(tǒng)聯(lián)合凈水工藝。
多介質罐內濾料為石英砂與無煙煤,下層為無煙煤,上層為石英砂,罐內以2∶1的比例放置,多介質罐單臺產(chǎn)水量為80~100m3/h。
活性炭罐內濾料為活性炭粉末,活性炭罐單臺產(chǎn)水量為80~100m3/h。
超濾膜規(guī)格為外壓式PVDF中控纖維膜,膜絲平均孔徑為0.03μm,設計單根膜平均通量為45m3/h[1]。
超濾膜進水端設有自清洗過濾器,其孔徑為100μm,用于防止水中大顆粒雜質堵塞超濾膜。
采用源水→多介質罐→活性炭罐→超濾膜組→清水池→管網(wǎng)工藝路線,源水由取水泵提升至膜車間進水管,再由膜車間進水增壓泵提升至多介質進水管,依次經(jīng)多介質罐、活性炭罐過濾后流入多介質產(chǎn)水池,再由超濾進水泵提升至超濾進水管,經(jīng)過自清自過濾器后進入超濾膜組,過濾后流入超濾產(chǎn)水池。
多介質罐與活性炭罐反洗過程:松濾料(正洗)→排水→氣反洗→水反洗→初濾→正常過濾。
超濾系統(tǒng)反洗分為兩種:一種為常規(guī)反沖洗,即氣反洗→氣水反洗→水反洗→正常過濾;另一種為CEB加強反沖洗,即氣反洗→氣水反洗→酸(或堿)與水混合進水正洗并排放→酸(或堿)藥劑向超濾膜補液(關閉排水閥)→浸泡(關閉所有閥門)→排放并進行水反洗→正常過濾。
衡量超濾膜工作狀態(tài)的指標共兩部分:一是超濾跨膜壓差,二是超濾產(chǎn)水濁度。圖1—圖3比較了2018年11月至2019年4月共計6個月的生產(chǎn)數(shù)據(jù),其中包含超濾膜系統(tǒng)(每組超濾系統(tǒng)20支超濾膜)月平均產(chǎn)水流量、跨膜壓差、超濾產(chǎn)水濁度的趨勢圖。
半年以來,超濾系統(tǒng)運行平穩(wěn),產(chǎn)水流量維持在210~240m3/h,濃水流量維持在45m3/h,跨膜壓差維持在30kPa,超濾膜設計產(chǎn)量為220m3/h,最大允許跨膜壓差約為150kPa均滿足設計條件,實際產(chǎn)量遠低于極限值。圖3表示6個月超濾產(chǎn)水濁度值的情況,該趨勢圖表明超濾產(chǎn)水濁度維持在0.05~0.08NTU之間,超濾系統(tǒng)運行較平穩(wěn),產(chǎn)水流量及濁度滿足設計要求,運行一切正常。
圖1 超濾產(chǎn)水流量Fig.1 UF produced water flow
圖2 超濾跨膜壓差Fig.2 UF transmembrane pressure
圖3 超濾產(chǎn)水濁度Fig.3 UF produced water turbidity
通過及時反沖洗,及時CEB清洗等步驟保證超濾系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行,具體步驟設定如下:
①常規(guī)反沖洗。常規(guī)反洗以超濾運行時間為判斷條件,每組超濾系統(tǒng)連續(xù)過濾30min進行一次常規(guī)反沖洗。常規(guī)反沖洗包含氣洗、氣水洗、水洗3個步驟。氣洗采用0.6~0.8MPa壓縮空氣為氣源,通過定值減壓閥降低至0.15MPa進行氣洗;氣水洗通過0.15MPa氣洗結合超濾反洗泵運行的水洗組合而成;水洗通過超濾反洗泵定頻運行,清洗超濾膜。
②CEB加強反沖洗。CEB加強反洗采用鹽酸和次氯酸鈉兩種藥劑對超濾膜進行加強反洗。目的是通過酸洗去除膜絲上附著的難去除的水垢,通過堿洗去除蛋白質、油脂類等污物。CEB加強反洗的頻次為每60個常規(guī)反洗周期后進行一次CEB清洗,酸溶液和堿溶液交替使用。
通過常規(guī)反洗和CEB加強反洗的結合,保證了超濾系統(tǒng)出水水質的穩(wěn)定,保證了跨膜壓差維持在合理范圍內,保證了超濾系統(tǒng)安全生產(chǎn)。
在超濾系統(tǒng)正常運行過程中超濾進水泵始終運行,為超濾提供水源,保證超濾進水壓力維持在設計允許的范圍內。超濾進水端管道安裝有自清洗過濾器,該過濾器可自動清洗排放,排放閥開啟時需滿足0.2MPa水壓,因此自清洗過濾器前端進水壓力保持為0.2MPa,經(jīng)過自清洗過濾器后超濾進水壓力為0.18MPa。為保證0.2MPa的水壓,運行單臺超濾時,超濾進水泵啟動1臺,頻率為42Hz;運行2臺超濾時,超濾進水泵啟動2臺,頻率為42Hz;運行3臺超濾時,超濾進水泵啟動2臺,頻率為50Hz。
超濾系統(tǒng)正常運行過程中必須對超濾膜進行常規(guī)反洗及CEB加強反洗。CEB加強反洗每組膜需投加200~500μL/L的酸溶液或堿溶液,為保證膜絲通透性需及時進行CEB加強反洗[2]。
為保證超濾系統(tǒng)安全運行,保證出水指標合格,降低超濾運行電耗及藥耗成本,對超濾系統(tǒng)提出以下兩點優(yōu)化運行方案。
當前超濾膜運行壓力維持在0.18MPa,設計超濾系統(tǒng)進水壓力應不高于0.22MPa,雖然可滿足設計要求,但超濾進水泵維持在較高頻率運行,超濾系統(tǒng)過濾時由于進水泵的運行而消耗了大量的電能。因此合理降低超濾進水泵運行頻率,保證超濾產(chǎn)水流量維持在合理范圍內,可大幅節(jié)約電能消耗,降低制水成本。
以單臺超濾運行為例:單臺超濾運行時,進水壓力為0.18MPa,產(chǎn)水流量為230m3/h,超濾進水泵運行頻率為40Hz,將進水泵頻率降低至38Hz,自清洗過濾器進水壓力為0.17MPa,超濾進水壓力為0.15MPa,超濾產(chǎn)水流量為210m3/h,超濾產(chǎn)水流量未明顯減少,進水泵頻率明顯降低,節(jié)約大量電能。
當前超濾膜使用過程中經(jīng)50次常規(guī)反洗后,超濾產(chǎn)水流量為170m3/h,低于正常產(chǎn)量,完成60次常規(guī)反洗再進行CEB清洗后,產(chǎn)水流量明顯提升,可達到210~230m3/h。CEB清洗在藥劑選擇上,當前運行模式為酸-堿切換使用,本次使用酸進行清洗,下次使用堿進行清洗。由于目前水質硬度較低,水中藻類微生物數(shù)量較高,應增加堿溶液(次氯酸鈉)清洗頻次。當水質硬度較高時,則應考慮使用酸溶液(鹽酸)進行清洗。
據(jù)此,將酸堿投加步序調整為每投加6次堿溶液投加1次酸溶液,通過次氯酸鈉的清洗浸泡抑制微生物的滋生,保持膜絲的濕潤,保證超濾系統(tǒng)達到設計產(chǎn)量[3]。
①超濾膜系統(tǒng)經(jīng)過改造后,產(chǎn)水流量滿足設計要求,水量穩(wěn)定,出水水質符合標準。
②改造后系統(tǒng)電耗降低,在保證產(chǎn)水流量滿足設計要求的前提下,將原設計超濾進水泵運行方案進行調整,降低了進水泵運行頻率,噸水電耗降低,節(jié)約了制水成本。
③改造后系統(tǒng)藥耗降低,在超濾CEB反洗方面,將酸堿藥劑的使用頻次進行調整,降低了酸藥劑的使用,提高了堿藥劑的使用頻次,滿足當前原水水質條件,更有利于提高超濾膜的清洗效果,減少效果不明顯的藥劑,降低制水成本。