超滤膜在给水改扩建中提高产水量的可行性分析

■王成云，李 力 ■中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430000

随着城市规模不断扩大，在新建供水工程的同时，陈旧的小规模水厂作为临时过渡设施或备用水源的情况普遍存在，然而这些老水厂通常存在供水量不足或水质较差的现象。如何解决这一问题，使老水厂物尽其用继续造福人民，是我们在水厂改扩建工程中经常遇到的问题。随着超滤膜技术在给水工程中的不断应用和实践，其优异的出水水质已经得到了印证，而超滤膜技术模块式组合、占地面积小的特点也为增加产水量提供了可能。本文针对某水厂利用超滤膜技术进行改扩建以提升产水量的可行性进行分析研究。

1 浸没式超滤工艺概述

超滤膜过滤技术是一种靠压力差为推动力的膜过滤技术，在自来水处理中具有广阔的应用前景，其主要优势为:(1)产水水质符合国家2012 年将要强制实施的包含106 项水质指标的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，水厂抗冲击负荷能力强，出水水质稳定。(2)优异的出水水质，藻类、微生物安全性得到彻底解决，保障饮水安全。(3)高水平的现代化水厂。超滤水厂供水规模灵活，仅需要增减超滤膜组件即可，适用于任何规模供水量的净化处理，并且改扩建容易。

图1-1 浸没式超滤膜工作原理流程图

图1-2 浸没式帘式膜组件

浸没式超滤膜工艺过程主要包括:

(1)过滤过程:待过滤水通过进水管和进水控制阀进入超滤膜池，通过抽吸泵负压抽吸或者虹吸把待滤水从中空纤维膜外侧抽吸过膜壁，使过滤水得到净化。

(2)反洗过程:在运行过程中，进水中的颗粒物会逐渐累积在膜的外表面，从而使过滤系统的跨膜压差增加。超滤系统要停止过滤进行周期性的反洗。

反洗过程就是一方面将超滤产水反向透过中空纤维膜，同时在帘式膜堆底部通过气冲擦洗中空纤维膜丝表面去除沉积物。

(3)完整性检测。为了使膜过滤系统成为隔离病原体和其它颗粒物质的一道有效屏障，过滤体系必须具备完整性，不能有任何破坏完整性的缺口。因此，在系统运行过程中，操作者能够应用检测手段，证明这道屏障的完整性，是很关键的。完整性检测系统包括压缩气源、气体过滤器、减压阀、精密压力表等。

(4)化学清洗。化学清洗分维护性化学清洗和恢复性化学清洗，通常泛指的化学清洗是指恢复性化学清洗，两者都在膜过滤池内直接进行而不需要将膜组吊出膜过滤池，所以是在线清洗。恢复性化学清洗周期通常为4-6 个月。为了运行的稳定性，通常采用低浓度的次氯酸钠对超滤膜进行定期的浸泡，以维护运行的稳定性。

(5)系统操作。膜处理系统采用全自动化的过程和操作。当然在有必要的时候操作员完全可以进行手动操作和干预。操作程序简单易懂，操作人员可以很容易地进行改动。

一般情况下，膜系统自动地在生产和反冲模式下转换。化学反冲洗设定由PLC 自动完成。恢复性清洗则需手动启动，然后PLC 会按程序设定自动完成其余操作程序。

2 工程概况

某临时过渡水厂现状规模3000m3/d，水源为河水，净水工艺采用穿孔旋流絮凝+平流沉淀+重力无阀滤池过滤+二氧化氯消毒工艺，需将规模增加至1.0 万m3/d。经分析，其取水经改建后能满足所需水量要求，但因受水厂内用地限制，净水工程没有另行扩建所需用地，只能在现有水厂内改造。

3 改造方案

考虑到该水厂水源为江河水，藻类较多，为了使改造后出厂水水量提高的同时达到更好的出水水质，在现状沉淀池出水侧增设3 格浸没式超滤膜池及抽吸泵室，超滤膜出水直接进清水池，进行后续处理，原有无阀滤池废除，并在无阀滤池旧址建超滤膜清洗所需设备间。

该浸没式超滤膜系统共设置3 格滤池，每格膜滤池安装3 个浸没式膜箱，有效膜面积为1890m2，膜通量为25L/h。

在不扩建前序絮凝沉淀等预处理构筑物的同时水厂规模由3000m3/d 增加到1.0 万m3/d 后，超滤膜系统的产水率一直是我们关心的问题，过高频率的反冲洗将造成产水率低下，水厂无法正常运行。

进水浊度是超滤膜产水率的决定因素，浊度越高反冲洗频率越高，反洗时间及反洗用水越多，过滤产水率则降低。根据多地考察以及超滤膜厂家的技术要求，滤前浊度控制在50NTU 以下，基本可以保证水厂设计供水规模。由此看出，进水浊度是控制本改造方案成败的决定因素，而超滤膜的进水浊度又取决于原水水质情况和预处理构筑物的处理效果。

(1)原水水质情况。整理分析该水厂一年的原水水质数据，统计如下:

高值时:90%涵盖率的浊度为130NTU;

95%涵盖率的浊度为254NTU;

低值时:90%涵盖率的浊度为29.2NTU;

95%涵盖率的浊度为126NTU;

原水高值小于50NTU 的涵盖率为84%;

原水低值小于50NTU 的涵盖率为92%。

由上述统计数据可以看出，该水厂84%的情况下原水浊度低于50NTU，水质情况良好。

(2)预处理构筑物情况。预处理构筑物采用现状的穿孔旋流絮凝池+平流沉淀池。

穿孔旋流絮凝池。穿孔旋流絮凝池1 座，共设6 格，单格尺寸2.78mx2.78m，有效水深2.6m，则:

有效容积:V=2.78 ×2.78 ×2.6 ×6=120.6m3;

絮凝时间:T=17.4min;

经计算，产水量提升至1.0 万m3/d 后，穿孔旋流絮凝池基本可以满足规范要求。

平流沉淀池。平流沉淀池1 座，长18.0m，2.76m 宽廊道3 条，有效水深3.16m，则:

有效容积:V=18 ×2.76 ×3.16 ×3=471m3

停留时间T=1.07h，小于规范要求的1.5～3.0h。

考察当地已建成运行的平流沉淀池，停留时间多在1～1.5h，沉淀出水能够满足滤池进水要求。

经上述分析，本工程超滤膜池进水浊度能够满足要求。

但该构筑物结构形式为条石砌筑，进行改造时需要加强结构安全考虑，做好防渗防漏措施。

4 其它工程实例

为了了解超滤膜的实际运行情况，特别对上海徐泾、南通芦泾等多个已运用超滤膜的水厂进行了实地考察。

上海徐泾水厂将一期3.0 万m3/d 砂滤改造为:生物预处理+平流沉淀+超滤膜。其超滤膜池由原平流沉淀池部分改造而成，共4 组。改造后系统出水浊度一般在0.02NTU 左右，水质良好，膜池运行周期90～120min。

江苏南通芦泾水厂超滤系统由原絮凝+斜管沉淀+虹吸滤池改造而成，规模为2.5 万m3/d。水厂原水水质浊度偏高，超滤系统为短流程，即絮凝+超滤:改造将虹吸滤池废除，将原斜管沉淀池斜管拆除后改造为超滤膜池。目前超滤系统运行状况良好，出水浊度在0.05NTU以下。膜池运行周期约90min。

5 反冲洗用水量计算

按照超滤膜池运行周期90min 计算，每天冲洗次数n=16 次，反洗强度为350m3/h，反洗时间5min，则单格膜滤池一天反洗水量为:

Q=16 ×350 ×5/60=467m3/d

6 结论

①超滤膜在给水改扩建工程中运用效果良好，出水水质优异;②该临时过渡水厂采用浸没式超滤膜技术改造后，产水量基本能够达到设计需求。③改扩建工程中，大多要对旧的设施进行改造，应提前充分做好分析，把保证结构安全放在首位，且不应长时间影响原系统的产水。

［1］罗敏.浸没式超滤膜在大型自来水厂的应用.GE 水处理及工艺过程处理.

［2］康华，徐立群.絮凝沉淀在膜处理工艺中的应用研究.2010 年膜法市政水处理技术研讨会.