外壓式給水超濾工藝處理長江下游水源研究

趙錦輝，錢 建，翟鵬翔

（江蘇優(yōu)聯(lián)環(huán)境發(fā)展有限公司，江蘇 南通 226000）

外壓式給水超濾工藝處理長江下游水源研究

趙錦輝，錢 建，翟鵬翔

（江蘇優(yōu)聯(lián)環(huán)境發(fā)展有限公司，江蘇 南通 226000）

通過對長江下游水源進行超濾中試試驗，得出適合于該水源的外壓式給水超濾運行參數(shù)，用于給水廠提標改造，以適應我國人民對飲用水水質(zhì)、水量的新時期要求。

超濾；給水超濾；長江下游水源；外壓式

1 概況

國家頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）對現(xiàn)今給水廠提出了新的要求，為克服傳統(tǒng)工藝的種種局限，提出給水超濾膜水處理工藝，以適應新標準的要求。以下是對長江下游水源進行超濾中試試驗，并取得水廠改造參數(shù)的研究過程。

2 材料與方法

2.1 試驗裝置介紹

本次試驗采用的是外壓式中空纖維超濾膜中試系統(tǒng)，整個系統(tǒng)集中放置在可移動式集裝箱內(nèi)。膜件為立式結(jié)構，采用有加強筋的PVDF膜絲，且膜絲僅在上端固定，下端可以自由擺動。膜件能夠采用反洗和空氣擦洗，自由擺動的膜絲使得污染物脫除效果好，不會產(chǎn)生膜絲間的污堵。

2.2 試驗工藝流程

如圖1所示，將平流沉淀池出水接入超濾膜車間，超濾出水進入清水池。

圖1

2.3 試驗用膜件的主要參數(shù)

中試膜件型號：8寸給水超濾膜組件

安裝的膜件數(shù)：1

有效膜面積（m2）：49

中試系統(tǒng)出力：

進水量（m3/h）：2-6

產(chǎn)水量（m3/h）：2-6

清洗循環(huán)流量（m3/h）：2.5

快沖流量（m3/h）：等同于進水量設定值

反洗流量（lmh）：85

進水溫度范圍（℃）：0-40

最高進水溫度（℃）：43

常規(guī)進水壓力范圍（bar）：0.35-2.4

最高產(chǎn)水跨膜壓差（bar）：1.7

最高反洗跨膜壓差（bar）：0.7

完整性測試壓力設置（bar）：0.7-0.8

膜件排水壓力（bar）：0.9-1.0

膜件耐受的PH范圍：1.8-10.5

最大余氯接觸濃度（ppm）：1000

最大空氣擦洗量（Nm3/h）：21

2.4 試驗設備

進水濁度檢測儀表：1720E；

出水濁度檢測儀表：1720E；

進水水溫檢測儀表：溫度傳感器E+Htr10-aka1cas1g2000；

進水流量檢測儀表：科隆電磁流量計；

出水流量檢測儀表：科隆電磁流量計；

進水壓力檢測儀表：管道式壓力變送器；

出水壓力檢測儀表：管道式壓力變送器；

2.5 試驗目的

（1）測試和記錄試驗超濾膜在各通量條件下的性能參數(shù)。

（2）評估出水水質(zhì)，確保合乎出水要求。

（3）為膜性能的長久穩(wěn)定性，開發(fā)膜維護性/恢復性清洗方案。

（4）用產(chǎn)水滲透性能測試結(jié)果來評估恢復性清洗的有效性。

（5）測定不同季節(jié)溫度下的運行通量和性能。

3 結(jié)果與分析

3.1 水質(zhì)分析

根據(jù)2014年《南通某水廠水質(zhì)檢驗日報表》，隨機提取4月、6月、11月中某天的水質(zhì)，如表1所示。

（1）與國內(nèi)其它傳統(tǒng)工藝水廠一樣，砂濾后水可檢測到大腸菌；（2）超濾膜系統(tǒng)出水無細菌；

（3）出水濁度不受進水濁度波動的影響，恒定在0.1以下。

3.2 恒通量運行時物理清洗對跨膜壓差的恢復

運行方式：物理清洗周期30min，每次歷時4min。

任取3段反洗周期（2014/3/27，平均水溫13.77℃）進行考察，如圖2所示。

（1）恒通量84L/（m2.h）運行；

（2）周期內(nèi)，跨膜壓差平均上升約96%；

表1 南通某水廠2014年源水及各構筑物出水主要水質(zhì)指標（*表示未檢測）：

圖2

（3）清洗后跨膜壓差恢復，周期之間看不出來有明顯上升趨勢。

（4）說明該物理清洗周期和歷時較適合。

3.3 恒通量運行時維護性清洗對跨膜壓差上升的控制

運行方式：維護性清洗周期為一周兩次，清洗濃度200mg/L（次氯酸鈉），歷時45min；

取水溫變化不大的時段進行考察（2014年4月18日至2014年5月6日，水溫18℃至19℃之間），如圖3所示：

（1）恒通量84L/（m2.h）運行；

（2）其間TMP從38kpa上升至41kpa，19日內(nèi)TMP上升8%；（3）平均每日TMP上升0.16kpa。

圖3

3.4 全試驗過程分析

整個試驗從2013年08月20日至2014年05月27日，其間2013年11月27日至2014年1月8日按照93L/（m2.h）通量運行，2014年2月18日完成化學清洗，如圖4所示：

圖4

（1）通量從84L/（m2.h）調(diào)整到93L/（m2.h）時運行，TMP上升到44kpa以上，并不斷升高，最高達到75.26kpa；

（2）通量從93L/（m2.h）下調(diào)到84L/（m2.h）時運行，TMP緩慢下降，但仍在62kpa～72kpa之間；

（3）化學清洗結(jié)束后，TMP降低至25.87kpa；

（4）在恒通量運行情況下，暫時停機后開機，TMP將降低，如2013年10月13日的重啟和2014年3月25日的重啟，但TMP很快恢復上升趨勢。

（5）2013年12月26日到2014年3月12日為全年水溫最低（10℃左右）的時段，TMP處于高水平（最高75.26kpa），超濾系統(tǒng)仍可正常運行（93L/（m2.h）通量）。

3.5 超濾滲透性能分析

為考察該超濾膜的產(chǎn)水性能，消除水溫因素的影響，引入超濾滲透性能參數(shù)，對該超濾膜進一步分析。

根據(jù)Hagen-Poiseuille定律，對于超濾系統(tǒng)，通量、跨膜壓差與水的粘度之間的關系可以用下式表示：

式中：TMP——跨膜壓差，KPa；

qc——超濾膜通量，L·m-2·h-1

ε——超濾膜開孔率

r——超濾膜孔眼直徑

τ——擴散曲率，實際膜孔毛細管長度與膜厚度之比

L——超濾膜有效厚度

μ——水的粘度

對于工程應用來講，應該考慮膜污染對超濾的影響，引入膜污染系數(shù)k；

k——考慮運行過程中的超濾膜污染系數(shù)。

式中：TMP——跨膜壓差，10KPa；

qc——超濾膜通量，L·m-2·h-1

μ——水的粘度

X——滲透性能，20℃時，超濾膜在1m水頭工作壓力下的通量值，反應了超濾膜的特性和超濾膜的污染情況。

對于同一超濾膜，X——變化將反應超濾膜污染程度的變化。如圖5所示，對全試驗過程進行滲透性能分析：

圖5

（1）超濾膜滲透性能與超濾的啟停、清洗有直接相關；

（2）2014年2月18日完成化學清洗后，滲透性能恢復到2013年的最高水平40（lmh/10kpa）；

（3）隨著超濾系統(tǒng)運行時間的加長，該超濾膜的滲透性能緩慢的下降，化學清洗前，從40（lmh/10kpa）下降到15（lmh/10kpa）（120天），每日平均下降0.21（lmh/10kpa）；

（4）化學清洗后，從滲透性能40（lmh/10kpa）下降到19（lmh/10kpa）（96天），每日平均下降0.22（lmh/10kpa）；

（5）從以上數(shù)據(jù)可見，化學清洗后滲透性能下降速度加快了5%。

4 小結(jié)

（1）該超濾系統(tǒng)在某水廠以84L/（m2.h）通量，正常運行；

（2）該超濾系統(tǒng)物理清洗周期內(nèi)，跨膜壓差平均上升約96%，物理清洗后跨膜壓差恢復，周期之間無明顯上升趨勢；

（3）維護性清洗控制跨膜壓差上升速度，恒通量運行條件下平均每日TMP上升約0.16kpa；

（4）水溫10℃，TMP75.26kpa，通量93L/（m2.h）時，超濾系統(tǒng)可正常運行；

（5）該系統(tǒng)化學清洗后滲透性能下降速度加快了5%；

5 結(jié)論

（1）通過9個月的試驗，考察了不同季節(jié)溫度下的運行通量和性能。

（2）測試和記錄了試驗超濾膜在84L/（m2.h）和93L/（m2.h）通量條件下的性能參數(shù)。

（3）超濾膜系統(tǒng)出水無細菌，出水濁度恒定在0.1NTU以下且不受進水濁度波動的影響；

（4）物理清洗周期、歷時和強度較適合實際情況，運行穩(wěn)定。

（5）維護性清洗周期為一周兩次，清洗濃度200mg/L（次氯酸鈉），歷時45min，該清洗方案保證了試驗在通量84L/（m2.h）下穩(wěn)定運行。

（6）化學清洗完成后滲透性能恢復到2013年最佳工況，以此判斷化學清洗方案行之有效。

（7）該試驗已達到預期目的，建議利用以上參數(shù)對現(xiàn)有水處理工藝進行技術改造，以滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）各項要求。

趙錦輝（1979-），男，江蘇南通人，碩士研究生，工程師，研究方向：水環(huán)境治理。