◎ 鄭炳榕 廣州市廣水工程設(shè)計(jì)有限公司

1.背景介紹

西江與東江、北江及珠江三角洲諸河段合稱珠江。西江水利水力資源豐富，是華南地區(qū)最長(zhǎng)的河流，為中國(guó)第四大河流，珠江水系中最長(zhǎng)的河流。廣東某鎮(zhèn)自來(lái)水廠水源取自西江水，取水位置為東海水道，由廣東省生態(tài)環(huán)境廳官網(wǎng)網(wǎng)站查得的每季度公示的河流水質(zhì)情況可知，東海水道水質(zhì)類別絕大多數(shù)月份為Ⅱ類水質(zhì)，個(gè)別月份顯示為Ⅲ類水質(zhì)。該水廠總供水量31萬(wàn)m/d，分四期建設(shè)，一期設(shè)計(jì)規(guī)模為5萬(wàn)m/d。隨著該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及人民對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，水廠為提高產(chǎn)品水的質(zhì)量及確保飲水用的安全性，但苦惱于水廠現(xiàn)狀沒(méi)有閑置空地，于是本工程在該水廠原有傳統(tǒng)處理水工藝的技術(shù)上率先引入“短小精干”的膜處理技術(shù)。本工程水廠準(zhǔn)備利用現(xiàn)有一期建、構(gòu)筑物進(jìn)行改造，建設(shè)供水量為1.5萬(wàn)m/d的膜處理系統(tǒng)。

膜分離法是一種屬于物理處理方式的水處理工藝。膜材料通常由高分子聚合物或無(wú)機(jī)材料加工制造而成。膜處理是綠色凈水工藝，膜本身無(wú)毒無(wú)害，制造原料也是無(wú)毒無(wú)害的，并且在處理水過(guò)程中不產(chǎn)生有害有毒的副產(chǎn)品。膜分離主要利用其選擇性透過(guò)膜，在膜的一側(cè)加以一定壓力來(lái)推動(dòng)，使水中的物質(zhì)能具有選擇性地穿透過(guò)膜。

表1 膜分離法的分類

納濾、超濾和微濾都可以用于城市自來(lái)水廠工藝處理。納濾能去除有機(jī)物和部分無(wú)機(jī)物，但是能耗較高。微濾可以去除藍(lán)氏賈第蟲和隱孢子蟲、藻類和水生生物，但不能完全去除細(xì)菌和病毒。超濾幾乎可以將細(xì)菌、病毒、藍(lán)氏賈第蟲、隱孢子蟲、藻類和水生生物完全去除，是目前保障水的微生物安全性的最有效技術(shù)。超濾膜運(yùn)行時(shí)所需壓力較反滲透、納濾的低，有利于節(jié)省水廠生產(chǎn)所需電量，降低碳排放，符合國(guó)家“碳達(dá)峰”、“碳中和”政策，而且超濾膜工藝在膜分離后不至于去除對(duì)人體健康有益處的礦物質(zhì)。目前，多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)優(yōu)先選擇超濾膜用于城市自來(lái)水廠。綜上所述，該水廠改造工程工藝形式為超濾。

2.工程改造情況及工藝描述

超濾膜形式目前有兩種形式：壓力式和浸沒(méi)式。從產(chǎn)品水水質(zhì)來(lái)對(duì)比，兩種形式幾乎沒(méi)有差別。浸沒(méi)式超濾膜需要池體，壓力式超濾膜不需要池體，但是需要放置膜組件的空間，考慮到該水廠可以利用現(xiàn)在部分構(gòu)筑物池體，本工程采用浸沒(méi)式超濾膜，并對(duì)該水廠一期平流沉淀池（B池）進(jìn)行改造，總共需要3格膜濾池，每格0.5萬(wàn)m/d，日產(chǎn)水量為1.5萬(wàn)m/d。

表2 浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)組成

圖1 工藝池體平面布置圖

2.1 超濾膜池

一期一座反應(yīng)沉淀池（A池）出水經(jīng)過(guò)現(xiàn)有DN700出水總管連通至另一座平流沉淀池（B池）的出水總渠。把B池的原有出水總渠上層改造為膜池的進(jìn)水總渠，下層改造為管廊。膜池上設(shè)置活動(dòng)玻璃鋼蓋板以及吊車（2噸）用于起吊膜堆。

進(jìn)水總渠設(shè)閘板閥，把A池的待濾水均勻分配到3個(gè)膜池，每個(gè)膜池配置1臺(tái)抽吸泵，3個(gè)膜濾池共用1套氣水反洗系統(tǒng)，輪流進(jìn)行反沖洗；在運(yùn)行6個(gè)月左右，超濾系統(tǒng)需要進(jìn)行化學(xué)清洗，本改造工程中采用離線化學(xué)清洗方式，3個(gè)膜池依次進(jìn)行化學(xué)清洗；整個(gè)超濾系統(tǒng)配置1套自控系統(tǒng)，保證其自動(dòng)運(yùn)行；另外，本工程超濾系統(tǒng)配置了輔助系統(tǒng)如：抽真空系統(tǒng)、完整性檢測(cè)系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等等。

2.1.1 過(guò)濾過(guò)程

水廠沉淀池出水經(jīng)膜池的進(jìn)水總渠流進(jìn)入每格膜池中，各池獨(dú)立配置的抽吸泵用負(fù)壓抽吸把待濾水從膜外側(cè)抽吸通過(guò)超濾膜壁，各個(gè)膜池均設(shè)置一條DN300泵抽吸出水管用于收集濾后水，經(jīng)過(guò)抽吸泵后的DN500出水總管分流至改建的兩格清水池中。

超濾膜的過(guò)濾周期由過(guò)濾水質(zhì)和超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水率等因素決定，本設(shè)計(jì)過(guò)濾周期為1～4小時(shí)，具體可根據(jù)運(yùn)行時(shí)實(shí)際水質(zhì)由水廠技術(shù)運(yùn)行人員決定。

2.1.2 反洗過(guò)程

當(dāng)過(guò)濾運(yùn)行過(guò)程中的跨膜壓差隨著進(jìn)水中的顆粒物不斷囤積在膜的外表面而增加到一定值時(shí)，膜組件需要進(jìn)行周期性的反洗。

反洗過(guò)程主要是利用鼓風(fēng)機(jī)在膜池膜堆底部曝氣，用氣體流動(dòng)清潔中空纖維膜絲表面以去除附著雜質(zhì)，并將產(chǎn)品水逆向透過(guò)超濾膜，反沖洗廢水排到廠區(qū)現(xiàn)有排水系統(tǒng)中。本工程反洗、排污持續(xù)時(shí)間暫定為5分鐘。

反洗過(guò)程開始后，關(guān)閉膜池進(jìn)水總渠上對(duì)應(yīng)需要反洗那個(gè)膜池前的閘板閥，抽吸泵保持運(yùn)行，使得直到膜池水位下降到中空纖維膜簾式膜組件上清水集水管位置（清洗液位）時(shí)，抽吸泵停止運(yùn)行，關(guān)閉抽吸泵前的閥門，開啟反洗閥門，開啟反洗泵，濾后清水逆向通過(guò)超濾膜，開啟鼓風(fēng)機(jī)，在膜組件底部鼓進(jìn)空氣，氣水結(jié)合清洗纖維膜絲外表面，空氣清洗為垂直方向的混合攪動(dòng)，并在膜表面形成剪切力，有利于將攔截的顆粒物沖離超濾膜。

2.2 化學(xué)清洗（檢修）池

在膜池的末端設(shè)置2格化學(xué)清洗池。膜池上設(shè)置活動(dòng)玻璃鋼蓋板以及吊車（2噸）用于起吊膜堆，進(jìn)行離線化學(xué)清洗。

化學(xué)浸泡時(shí)為了避免其他膜池的膜通量遞增過(guò)大，故每次僅浸泡4個(gè)膜堆，設(shè)計(jì)平均膜通量維持在34L/m/h。

本工程的在線清洗環(huán)節(jié)，包括日常的維護(hù)性化學(xué)清洗及恢復(fù)性化學(xué)清洗，直接設(shè)置在膜池內(nèi)進(jìn)行，無(wú)須用吊車將膜組件吊出膜池。

本工程的離線化學(xué)清洗環(huán)節(jié)是當(dāng)跨膜壓差達(dá)到設(shè)定的高限值時(shí)，利用吊車將膜組件吊出膜池，放置膜池后面的兩個(gè)化學(xué)清洗（檢修）池中。設(shè)計(jì)離線清洗周期為3個(gè)月，即每年4次。持續(xù)定期的維護(hù)有利于系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)采用低濃度的次氯酸鈉溶液對(duì)超濾膜進(jìn)行定期的浸泡，具體使用藥劑如表3所示。

表3 維護(hù)性化學(xué)清洗以及恢復(fù)性化學(xué)清洗參數(shù)

在線清洗時(shí)，依照上表清洗液的說(shuō)明，將濾過(guò)水打入膜池，同時(shí)加入清洗液所需藥品，混合均勻后；讓膜組件在膜池的化學(xué)清洗藥液中浸泡，維護(hù)性化學(xué)清洗浸泡時(shí)間為0.5小時(shí)，恢復(fù)性化學(xué)清洗的浸泡時(shí)間為6小時(shí)，化學(xué)清洗（檢修）池內(nèi)同時(shí)設(shè)置了曝氣管，在藥劑浸泡的同時(shí)間斷性加以曝氣來(lái)加強(qiáng)恢復(fù)性化學(xué)清洗的效果，先堿洗，再酸洗；化學(xué)清洗藥液溫度不得超過(guò)40℃。

2.3 沖洗機(jī)房

在超濾膜池旁邊設(shè)置簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)的沖洗機(jī)房。沖洗機(jī)房?jī)?nèi)放置抽吸泵、鼓風(fēng)機(jī)、反洗泵、化學(xué)循環(huán)泵、真空裝置。

壓縮空氣系統(tǒng)利用廠區(qū)現(xiàn)有反沖洗機(jī)房?jī)?nèi)的空壓機(jī)和儲(chǔ)罐。

2.4 投藥間

在膜池旁邊設(shè)置簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)的投藥間。投藥間內(nèi)放置NaClO、NaOH、HCL儲(chǔ)藥罐及其投藥泵。

2.5 中和池

在膜池旁邊設(shè)置2座中和池，酸堿相互中和后排入廠區(qū)現(xiàn)有排水系統(tǒng)中。

2.6 清水池

清水池利用一期的網(wǎng)格反應(yīng)池和平流沉淀池改造為1#清水池和2#清水池兩座，總?cè)莘e約1500m3，占1.5萬(wàn)m3供水量的10%。其中1#清水池利用原有反應(yīng)池和沉淀池導(dǎo)流墻以北部分改造而成，2#清水池利用原沉淀池導(dǎo)流墻以南部分改造而成。兩座清水池可以完全獨(dú)立運(yùn)行。

3.結(jié)語(yǔ)

超濾膜工藝對(duì)比傳統(tǒng)水處理工藝更能確保自來(lái)水廠成品水的水質(zhì)安全性，并且與傳統(tǒng)笨重的砂濾池相比，具有高效、節(jié)能、工藝簡(jiǎn)便和占地面積小等顯著優(yōu)勢(shì)。超濾膜處理水工藝，在舊水廠升級(jí)改造或新水廠興建方面都有廣闊的市場(chǎng)前景，有逐步取代傳統(tǒng)濾池的趨勢(shì)。