祝加琛，劉振超，宋士健

（山東碧水源環(huán)保科技有限公司，山東 濟南 250000）

泰安三合自來水廠工藝為“混凝沉淀+浸沒式超濾”。原有的浸沒式超濾膜已經(jīng)超過實際設(shè)計使用壽命，出現(xiàn)斷絲、膜絲老化現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)水量和產(chǎn)水水質(zhì)下降的問題。此外，原有浸沒式超濾系統(tǒng)采用泵抽式產(chǎn)水，需要消耗大量的電能。自來水新國標(biāo)的實施，對大腸桿菌、賈第鞭毛蟲和隱袍子蟲等微生物檢測的要求更加嚴(yán)格，并對硝酸根等離子作出了更嚴(yán)格的限制[1]，而且隨著全世界對氣候問題越來越重視，節(jié)能減排成為“十一五”期間的重要戰(zhàn)略決策，國家對節(jié)能減排的要求越來越嚴(yán)格。為此，泰安三合自來水廠更換了一套產(chǎn)水量為16 700 m3/d的浸沒式超濾膜凈化系統(tǒng)，為降低能耗，產(chǎn)水工藝為虹吸產(chǎn)水。

超濾膜孔徑通常在0.001～10μm，超濾不僅能去除水中的懸浮物、膠體和微生物等雜質(zhì)，而且對病毒和化學(xué)污染物的去除率能達到99%[2]。不管是在微生物還是化學(xué)安全性方面，超濾技術(shù)都是很先進的水質(zhì)凈化技術(shù)[3]。超濾可以分為壓力式和浸沒式，通常情況下超濾裝置需要由泵驅(qū)動，消耗電能，增加成本。而浸沒式超濾則可以利用虹吸產(chǎn)水，從而降低能耗和成本。

1 改造方案

拆除原有膜組器，更換新型浸沒式膜組器。新型浸沒式超濾膜組器，膜絲材質(zhì)為聚偏氟乙烯（PVDF），有效孔徑0.02～0.03μm，膜絲拉伸強度大于100 N。膜池裝填膜面積總數(shù)為28 160 m2，膜池設(shè)計產(chǎn)水量與膜的設(shè)計通量分別為16 700 m3/d和24.71 L/（m2·h），設(shè)計回收率95%。膜組器填充面積高（膜面積/組器截面積）可達700 m2/m2，占地面積小，采用三位集水系統(tǒng)，產(chǎn)水更均勻，反洗效果好，能有效緩解運行過程中的污染，更適合于日常物理維護清洗；膜元件分4區(qū)，膜絲進行雙向有序排絲，膜絲無交錯纏繞，污染物不易累積，膜片間距分布合理，過流及曝氣均勻效果好。

進水口位置增加擋水板。原有膜池進水口是敞開式的，原水進入膜池會直接沖刷膜組器表面，沖擊膜絲，容易造成斷絲問題。安裝一塊尺寸為800 mm（長）×500 mm（寬）×1 800 mm（高）、厚度為4 mm的擋水板，如圖1所示，且下端向墻壁側(cè)傾斜30°。擋水板采用不銹鋼316L材質(zhì)，耐酸堿腐蝕，不會對進水水質(zhì)產(chǎn)生影響。擋水板距離進水洞口距離合適，不會對進水水流造成阻礙。擋水板可以阻擋水流對膜絲造成的沖擊，降低膜絲的斷絲率。擋水板下端向墻壁側(cè)傾斜30°可以抵消部分向下的水流沖擊，進一步降低水流的沖擊力。

圖1 擋水板安裝照片

采用虹吸產(chǎn)水的方式，節(jié)能降耗。超濾膜虹吸產(chǎn)水需要有25 kPa左右的水頭壓力，經(jīng)過測算，膜池正常運行液位比產(chǎn)水池液位高2.6 m，加裝抽真空設(shè)備后完全可以實現(xiàn)虹吸產(chǎn)水。原有膜組器采用泵抽式產(chǎn)水，產(chǎn)水泵功率為45 kW，2臺，運行時間為22 h，功率系數(shù)取0.8。產(chǎn)水電耗為45×2×22×0.8÷16 700=0.095 k W·h/m3，采用虹吸產(chǎn)水后，可以節(jié)約0.095 kW·h/m3的用電量。

優(yōu)化產(chǎn)水步序，在不降低產(chǎn)水水質(zhì)的條件下，提高回收率。膜池凈化系統(tǒng)的工藝流程是原水通過閘板流入膜池中并到底一定高度液位，抽真空裝置將管道內(nèi)的空氣抽走產(chǎn)生負(fù)壓，在負(fù)壓的作用下水通過膜絲表面進入產(chǎn)水管。過濾一段時間后，膜絲表面會附著大量污染物，此時空壓機啟動，壓縮空氣由膜架下面的小孔排出進行曝氣，將污染物質(zhì)從膜絲表面吹掃下來，此外在空氣擦洗的同時進行一定時間的水力反洗，增強膜絲上污染物的剝離程度。膜池運行一段時間后，已經(jīng)殘留了大量截留雜質(zhì)，此時需要將膜池中的水徹底排放干凈，接著再補充開始新一階段的產(chǎn)水過程。膜池系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 膜池系統(tǒng)工藝流程圖

運行參數(shù)：產(chǎn)水時間為90 min，產(chǎn)水液位為2.8 m，反洗液位為2.2 m，氣洗時間設(shè)置為120 s，氣水洗時間設(shè)置為60 s，運行5個周期排空膜池。每4個產(chǎn)水周期，反洗排空1次，反洗泵流量Q=1 360 m3/h，反洗時間60 s，總進水量=1 360÷3 600×60=22.7 m3，水池正常運行產(chǎn)水液位3.0 m，單座膜池尺寸為10.6 m×5.5 m×4.6 m。

每天的反洗排水量：（10.6×5.5×3.0+22.7）×4=790.4 m3/d。

維護性清洗參數(shù)：清洗液位2.8 m，次氯酸鈉加藥時間1 500 s，循環(huán)浸泡3 000 s，氣洗120 s，循環(huán)1 200 s，浸泡1 h，循環(huán)1 200 s，氣洗120 s，排空藥液，補水至2.8 m，清水循環(huán)300 s，反洗120 s，排空，進入產(chǎn)水周期。

化學(xué)清洗排水量：膜池化學(xué)清洗時液位為3.0 m，單池每天化學(xué)清洗藥液量為10.6×5.5×3.0÷14=12.5 m3，每天化學(xué)清洗藥液排放量為12.5 m3。

回收率：設(shè)計凈產(chǎn)水量為16 700 m3/d，回收率=凈產(chǎn)水量/總凈水×100%=16 700÷（16 700+790.4+12.5）×100%=95.4%。

2 運行結(jié)果與討論

更換新型浸沒式超濾膜組器，安裝擋水板，并進行工藝步序優(yōu)化后連續(xù)運行3個月，目前系統(tǒng)運行穩(wěn)定。3個月運行中，每5 d取一組數(shù)據(jù)，對產(chǎn)水流量、回收率、跨膜壓差和產(chǎn)水濁度進行分析，產(chǎn)水量一直保持在16 700 m3/d以上，回收率保持在95%左右，跨膜壓差一直保持10 kPa以下，濁度一直保持在0.1 NTU以下。

2.1 產(chǎn)水量隨時間變化

產(chǎn)水流量由膜池產(chǎn)水管道上的電磁流量計實時監(jiān)測，是自來水廠最重要的指標(biāo)之一，代表了自來水廠的供水能力。產(chǎn)水量隨時間變化圖如圖3所示，從圖3中可以看出，瞬時產(chǎn)水流量一直保持在16 700 m3/d以上，總的產(chǎn)水流量累計與運行時間成線性正比關(guān)系。此外，產(chǎn)水量保持在16 700 m3/d，也能表明擋水板安裝合適，不會對進水造成阻礙。

圖3 產(chǎn)水量隨時間變化圖

2.2 回收率隨時間變化

回收率是根據(jù)產(chǎn)水流量和進水流量計算的，代表了自來水廠的節(jié)水能力。回收率隨時間變化圖如圖4所示，從圖4中可以看出，回收率有較小波動但一直保持在95%以上，表明新型膜組器可以減少廢水的產(chǎn)出量，節(jié)約水資源，降低自來水治水成本。

圖4 回收率隨時間變化圖

2.3 跨膜壓差隨時間變化

跨膜壓差由進水管和產(chǎn)水管上的壓力變送器實時監(jiān)測，代表了膜組器的抗污染能力以及污染程度，此外它還能表現(xiàn)出系統(tǒng)運行的能耗指標(biāo)?？缒翰铍S時間變化圖如圖5所示，從圖5中可以看出，跨膜壓差一直保持10 kPa以下，表明膜組器的污染程度較低，抗污染能力良好?？缒翰盥晕⒉▌拥脑蚴悄そM器運行4個周期后，通量下降，跨膜壓差會升高。進行反洗后，通量就會恢復(fù)，跨膜壓差會降低。此外，膜池液面高度產(chǎn)生的靜壓力也會對跨膜壓差產(chǎn)生影響。

圖5 跨膜壓差隨時間變化圖

2.4 產(chǎn)水濁度隨時間變化

產(chǎn)水濁度由產(chǎn)水管上的在線濁度儀實時監(jiān)測。產(chǎn)水濁度隨時間變化圖如圖6所示，從圖6中可以看出，濁度一直保持在0.1 NUT以下，表明產(chǎn)水水質(zhì)高，膜絲孔徑小。此外，膜組器反洗周期和進水濁度也會對產(chǎn)水濁度造成影響。

圖6 產(chǎn)水濁度隨時間變化圖

3 結(jié)論

浸沒式超濾膜池改造完成后已經(jīng)連續(xù)運行3個月，各自運行參數(shù)均達到設(shè)計要求。產(chǎn)水流量高于16 700 m3/d，運行時間為90 min，產(chǎn)水濁度為0.06～0.08NTU，產(chǎn)水顆粒數(shù)小于10個，跨膜壓差小于10 kPa，清洗頻率為每28 d一次，回收率為95.4%。工程實踐證明，擋水板安裝合適，在不降低進水量的情況下，可以有效防止水流沖刷膜絲。優(yōu)化了產(chǎn)水步序，在不降低產(chǎn)水水質(zhì)的條件下，提高了回收率。采用虹吸產(chǎn)水的方式，節(jié)能降耗，可以節(jié)約電耗0.095 kW·h/m3。整個浸沒式超濾膜池改造達到了預(yù)期效果。