广东某镇自来水厂超滤膜处理改造工程报告

◎ 郑炳榕 广州市广水工程设计有限公司

1.背景介绍

西江与东江、北江及珠江三角洲诸河段合称珠江。西江水利水力资源丰富，是华南地区最长的河流，为中国第四大河流，珠江水系中最长的河流。广东某镇自来水厂水源取自西江水，取水位置为东海水道，由广东省生态环境厅官网网站查得的每季度公示的河流水质情况可知，东海水道水质类别绝大多数月份为Ⅱ类水质，个别月份显示为Ⅲ类水质。该水厂总供水量31万m/d，分四期建设，一期设计规模为5万m/d。随着该地区的经济快速发展及人民对生活质量要求的提高，水厂为提高产品水的质量及确保饮水用的安全性，但苦恼于水厂现状没有闲置空地，于是本工程在该水厂原有传统处理水工艺的技术上率先引入“短小精干”的膜处理技术。本工程水厂准备利用现有一期建、构筑物进行改造，建设供水量为1.5万m/d的膜处理系统。

膜分离法是一种属于物理处理方式的水处理工艺。膜材料通常由高分子聚合物或无机材料加工制造而成。膜处理是绿色净水工艺，膜本身无毒无害，制造原料也是无毒无害的，并且在处理水过程中不产生有害有毒的副产品。膜分离主要利用其选择性透过膜，在膜的一侧加以一定压力来推动，使水中的物质能具有选择性地穿透过膜。

表1 膜分离法的分类

纳滤、超滤和微滤都可以用于城市自来水厂工艺处理。纳滤能去除有机物和部分无机物，但是能耗较高。微滤可以去除蓝氏贾第虫和隐孢子虫、藻类和水生生物，但不能完全去除细菌和病毒。超滤几乎可以将细菌、病毒、蓝氏贾第虫、隐孢子虫、藻类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术。超滤膜运行时所需压力较反渗透、纳滤的低，有利于节省水厂生产所需电量，降低碳排放，符合国家“碳达峰”、“碳中和”政策，而且超滤膜工艺在膜分离后不至于去除对人体健康有益处的矿物质。目前，多个发达国家已经优先选择超滤膜用于城市自来水厂。综上所述，该水厂改造工程工艺形式为超滤。

2.工程改造情况及工艺描述

超滤膜形式目前有两种形式：压力式和浸没式。从产品水水质来对比，两种形式几乎没有差别。浸没式超滤膜需要池体，压力式超滤膜不需要池体，但是需要放置膜组件的空间，考虑到该水厂可以利用现在部分构筑物池体，本工程采用浸没式超滤膜，并对该水厂一期平流沉淀池（B池）进行改造，总共需要3格膜滤池，每格0.5万m/d，日产水量为1.5万m/d。

表2 浸没式超滤系统组成

图1 工艺池体平面布置图

2.1 超滤膜池

一期一座反应沉淀池（A池）出水经过现有DN700出水总管连通至另一座平流沉淀池（B池）的出水总渠。把B池的原有出水总渠上层改造为膜池的进水总渠，下层改造为管廊。膜池上设置活动玻璃钢盖板以及吊车（2吨）用于起吊膜堆。

进水总渠设闸板阀，把A池的待滤水均匀分配到3个膜池，每个膜池配置1台抽吸泵，3个膜滤池共用1套气水反洗系统，轮流进行反冲洗；在运行6个月左右，超滤系统需要进行化学清洗，本改造工程中采用离线化学清洗方式，3个膜池依次进行化学清洗；整个超滤系统配置1套自控系统，保证其自动运行；另外，本工程超滤系统配置了辅助系统如：抽真空系统、完整性检测系统、压缩空气系统等等。

2.1.1 过滤过程

水厂沉淀池出水经膜池的进水总渠流进入每格膜池中，各池独立配置的抽吸泵用负压抽吸把待滤水从膜外侧抽吸通过超滤膜壁，各个膜池均设置一条DN300泵抽吸出水管用于收集滤后水，经过抽吸泵后的DN500出水总管分流至改建的两格清水池中。

超滤膜的过滤周期由过滤水质和超滤系统的产水率等因素决定，本设计过滤周期为1～4小时，具体可根据运行时实际水质由水厂技术运行人员决定。

2.1.2 反洗过程

当过滤运行过程中的跨膜压差随着进水中的颗粒物不断囤积在膜的外表面而增加到一定值时，膜组件需要进行周期性的反洗。

反洗过程主要是利用鼓风机在膜池膜堆底部曝气，用气体流动清洁中空纤维膜丝表面以去除附着杂质，并将产品水逆向透过超滤膜，反冲洗废水排到厂区现有排水系统中。本工程反洗、排污持续时间暂定为5分钟。

反洗过程开始后，关闭膜池进水总渠上对应需要反洗那个膜池前的闸板阀，抽吸泵保持运行，使得直到膜池水位下降到中空纤维膜帘式膜组件上清水集水管位置（清洗液位）时，抽吸泵停止运行，关闭抽吸泵前的阀门，开启反洗阀门，开启反洗泵，滤后清水逆向通过超滤膜，开启鼓风机，在膜组件底部鼓进空气，气水结合清洗纤维膜丝外表面，空气清洗为垂直方向的混合搅动，并在膜表面形成剪切力，有利于将拦截的颗粒物冲离超滤膜。

2.2 化学清洗（检修）池

在膜池的末端设置2格化学清洗池。膜池上设置活动玻璃钢盖板以及吊车（2吨）用于起吊膜堆，进行离线化学清洗。

化学浸泡时为了避免其他膜池的膜通量递增过大，故每次仅浸泡4个膜堆，设计平均膜通量维持在34L/m/h。

本工程的在线清洗环节，包括日常的维护性化学清洗及恢复性化学清洗，直接设置在膜池内进行，无须用吊车将膜组件吊出膜池。

本工程的离线化学清洗环节是当跨膜压差达到设定的高限值时，利用吊车将膜组件吊出膜池，放置膜池后面的两个化学清洗（检修）池中。设计离线清洗周期为3个月，即每年4次。持续定期的维护有利于系统运行的稳定，本设计采用低浓度的次氯酸钠溶液对超滤膜进行定期的浸泡，具体使用药剂如表3所示。

表3 维护性化学清洗以及恢复性化学清洗参数

在线清洗时，依照上表清洗液的说明，将滤过水打入膜池，同时加入清洗液所需药品，混合均匀后；让膜组件在膜池的化学清洗药液中浸泡，维护性化学清洗浸泡时间为0.5小时，恢复性化学清洗的浸泡时间为6小时，化学清洗（检修）池内同时设置了曝气管，在药剂浸泡的同时间断性加以曝气来加强恢复性化学清洗的效果，先碱洗，再酸洗；化学清洗药液温度不得超过40℃。

2.3 冲洗机房

在超滤膜池旁边设置简易结构的冲洗机房。冲洗机房内放置抽吸泵、鼓风机、反洗泵、化学循环泵、真空装置。

压缩空气系统利用厂区现有反冲洗机房内的空压机和储罐。

2.4 投药间

在膜池旁边设置简易结构的投药间。投药间内放置NaClO、NaOH、HCL储药罐及其投药泵。

2.5 中和池

在膜池旁边设置2座中和池，酸碱相互中和后排入厂区现有排水系统中。

2.6 清水池

清水池利用一期的网格反应池和平流沉淀池改造为1#清水池和2#清水池两座，总容积约1500m³，占1.5万m³供水量的10%。其中1#清水池利用原有反应池和沉淀池导流墙以北部分改造而成，2#清水池利用原沉淀池导流墙以南部分改造而成。两座清水池可以完全独立运行。

3.结语

超滤膜工艺对比传统水处理工艺更能确保自来水厂成品水的水质安全性，并且与传统笨重的砂滤池相比，具有高效、节能、工艺简便和占地面积小等显著优势。超滤膜处理水工艺，在旧水厂升级改造或新水厂兴建方面都有广阔的市场前景，有逐步取代传统滤池的趋势。