浸入式超濾膜技術在凈水處理中的應用

張國宇，何壽平

(金州環境集團股份有限公司技術中心，北京 100101)

浸入式超濾膜技術在凈水處理中的應用

張國宇，何壽平

(金州環境集團股份有限公司技術中心，北京 100101)

新《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）實施后，自來水廠升級改造問題迫在眉睫，以浸入式超濾膜為核心的凈水技術是可供選擇的最佳技術之一。本文針對膜過濾技術存在的問題，提出了以超濾膜為核心的短流程凈水工藝和同一膜池分單元運行的概念，并將其成功地應用于自來水廠的改造中，取得了良好的效果，該工藝具有占地面積小、運行成本低、管理方便、出水水質好等優點。

浸入式超濾膜;短流程;分單元;凈水技術

新《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）已于2007年7月1日實施。新標準對水質指標做了極其嚴格的規定，如對自來水的106項指標進行了極其嚴格的限制，在生物監測指標方面規定出水水質總大腸菌群、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌均不得檢出，細菌總數小于100CFU/mL，賈第鞭毛蟲小于1 個/10L，隱孢子蟲小于1個/10L（賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲簡稱為“兩蟲”），濁度指標也由原來的小于3NTU，提高到小于1NTU等。而目前我國絕大部分自來水廠采用的仍然是傳統處理工藝：混凝—沉淀—砂濾—消毒。該工藝對未受污染水源水中的膠體、懸浮物、微生物等污染物具有良好的去除效果，對水中的有機污染物有一定的去除作用，但對兩蟲的去除效果甚微。同時，隨著工業的高速發展，我國水源的水質也不斷惡化。以長江為例，長江流域年污水排放總量多達250多億m3，占全國污水排放總量的40%以上，其中80%以上的污水未經有效處理，就直接排入長江。目前長江干流60%的水體都已受到不同程度的污染。其中工業和人口比較密集的長江中下游的上千公里河段，沿岸水質基本都已在Ⅲ類和Ⅳ類之間。因此對我國自來水廠現有的傳統處理工藝提出了新的挑戰，國內大部分自來水廠現有的處理工藝將面臨技術改造的問題。目前，自來水廠主要的強化處理技術有生物預處理、預氧化、改善混凝、臭氧氧化、活性炭吸附、膜處理等。

膜分離技術被譽為21世紀的綠色處理技術。膜技術發展迅速，越來越為人們所關注。其中，超濾膜位于膜過濾連續譜圖中的納濾和微濾之間，其截留分子量為5000～500,000道爾頓，孔徑為0.1～0.01μm。超濾過程是一個物理篩分過程：以膜兩側的壓力差（跨膜壓差）為驅動力，以超濾膜為過濾介質，當水流通過膜表面時，只允許水、小分子和可溶性物質通過，阻止水中的懸浮物、膠體、微生物、蛋白質等大分子物質通過，從而達到凈化水的目的。相比其它膜過濾技術，超濾膜過濾技術具有運行成本低、處理效果好、能夠保留水中對人體有益的溶解性無機鹽、可以去除水中對人體有害的細菌甚至病毒等特點。超濾膜過濾技術現已成為水處理領域中的關注熱點。以超濾技術為核心的水處理工藝被專家稱為“第三代水處理工藝”。

盡管將超濾膜技術引入自來水處理中能夠達到很好的效果，但是在具體應用中還存在諸多問題：

（1）膜的價格、建設費用及運行成本仍然偏高；

（2）膜的污染機理、運行機理有待更深層次的研究和認識；

（3）超濾膜凈水工藝與傳統凈水工藝之間如何進行匹配的研究有待進一步深入；

（4）超濾膜凈水技術系統研究有待進一步深入。

針對以上情況，太平洋水處理工程有限公司、南通自來水公司、蘇州立升凈水科技有限公司和金州環境集團股份有限公司技術中心結合江蘇省南通市蘆涇水廠技術改造，進行了以浸入式超濾膜技術為核心的短流程凈水工藝研究，試驗規模達到1500m3/d。研究自2008年3月開始，持續進行了一年多實驗。試驗裝置見圖1。

圖1 浸入式超濾膜技術實驗裝置

以浸入式超濾膜技術為核心的短流程凈水工藝，即原水經過絮凝之后直接進入超濾膜池，在膜池內完成膜過濾、濃水回收、沉淀、污泥濃縮等功能，產水率達到99.2%以上，大大降低了水廠自用水率。同時還研發出同一膜池內分膜單元運行的方式，即同一膜池中的多個膜組件（采用浸入式超濾膜）被分為若干個膜單元，膜單元各自獨立運行，通過程序控制，實現某膜單元清洗（包括水洗和曝氣），其余膜單元正常運行。同時，清洗出的濃水由其他正在運行的膜單元加以回收，從而達到整個膜池的不間斷運行，提高了系統的產水率。該運行方式屬“多個超濾膜單元在同一跨膜壓差下的變通量運行”。實現了同一膜池中不同膜單元產水的自動平衡，減緩了膜單元的污染，保證了系統的穩定運行。為了保證污泥濃縮效果，應保證膜組件底部與池底之間的距離。此運行方式可以不用單獨建設濃水回收裝置，節省投資。

為了節約運行成本，并充分利用水廠的剩余水頭，超濾膜應在低跨膜壓差、低通量下運行，這種運行方式能夠保證膜表面的濾餅層比較松散，從而能夠減緩超濾膜的深層污染，減少恢復性化學清洗次數，方便水廠運行管理。

以江蘇省南通市蘆涇水廠技術改造方案為例：南通市蘆涇水廠隸屬于江蘇省南通市自來水公司，始建于1973年，改造前供水能力為5×104m3/d，分為兩條生產線，生產能力均為2.5×104m3/d。原水取自于長江，工藝流程為原水—雙層回轉隔板絮凝池—斜管沉淀池—虹吸濾池—消毒—清水池，廠區面積較小，幾乎沒有閑置場地。

蘆涇水廠原凈水工藝是按出廠水濁度不大于5NTU的標準設計的，2000年以來，水廠全年一直處于滿負荷、超負荷的工作狀態，為了適應新的《國家生活飲用水衛生標準》，南通市自來水公司提出了技術改造要求。結合路徑水廠特點，經過反復對比，最終確定蘆涇水廠的改造方案采用管沉淀池改成膜池、砂濾池改為應急處理水池的方案。

蘆涇水廠改造工程于2009年12月31日正式通水。8個多月的運行結果表明，蘆涇水廠改造工程運行良好，超濾膜一直采用虹吸方式運行，大大節約了運行成本，方便了水廠管理，改造工程不僅沒有增加水廠用地，還將空閑處的濾池作為了應急處理水池。

改造后的膜池和應急處理水池見圖2。

圖2 改造后的膜池和應急處理水池（右）

蘆涇水廠改造工程是我國第一座采用浸入式超濾膜技術對老水廠進行改造的項目，它的成功運行為我國自來水廠提標改造提供了一條全新的思路，引起了國內外同行的廣泛關注。實踐表明，浸入式超濾膜在我國凈水處理中具有廣闊的應用前景。

到目前為止，我國已有多個水廠采用浸入式超濾膜過濾技術，作為一種新技術，浸入式超濾膜技術在應用過程中應當不斷總結經驗，對一些問題要深入研究，為其進一步大范圍應用打下基礎。

Application of Immersed Ultra Filtration Membrane in Water Purification

ZHANG Guo-yu, HE Shou-ping

TU991.2

A

1006-5377（2011）06-0038-02