納濾膜系統在地下水處理中的應用

李 秀 紅

(山西省孝義市供水公司，山西 孝義 032300)

納濾膜系統在地下水處理中的應用

李 秀 紅

(山西省孝義市供水公司，山西 孝義 032300)

為提高飲用水水質標準，保證水質安全，結合六壁頭水廠實際情況，針對硫酸鹽、硬度高、處理水量大的實際情況，通過方案比選，采用一級兩段式納濾膜處理工藝，處理部分原水再與原水混合的方案，該系統運行情況良好，出水水質較好。

納濾膜，地下水，工藝設計，出水水質

1 工程背景

隨著經濟的發展，社會的進步，人民生活水平的不斷提高，國家針對飲用水水質標準和安全措施也進行了調整、完善。為適應新形勢的要求，經多方論證，公司決定對六壁頭水廠進行擴容提質改造，改擴建后水廠將采用先進的水處理工藝，對現有地下水進行處理，提高飲水水質讓老百姓喝上健康、安全的優質飲用水。

通過此項工程一方面能解決飲用水水質問題，提高飲水品質；另一方面通過新增的膜法處理裝置可以更好的面對水質惡化的突發情況，在應急狀態下，可將城市供水全部用膜處理裝置出水，以保證水質安全，可作為飲水安全的應急預案。

2 工程概況

2.1 工藝選擇

1)脫鹽工藝選擇。

基于原水中硫酸鹽、硬度、TDS指標較高，本系統需選用除硬度、硫酸根、TDS的脫鹽工藝。

目前常用的脫鹽技術主要有化學除鹽(離子交換法)；熱力除鹽(蒸餾法)；膜分離技術除鹽(納濾法和反滲透法)。

通常，離子交換脫鹽適宜的范圍為含鹽量小于200 mg/L，過高的含鹽量將導致設備過大、再生頻繁、勞動強度高、操作過于復雜、運行費用過高。同時離子交換不適用于生活飲用水的脫鹽。熱力除鹽目前在國內很少應用于大型飲用水處理系統。

從20世紀80年代開始，膜法水處理在我國得到了廣泛應用。針對本系統進水水質，反滲透和納濾在土地使用、運行管理、環境影響、工程實施等方面基本相同。納濾和反滲透方案的經濟性指標差異主要由脫鹽系統運行壓力及回收率的不同等因素引起：運行壓力不同，造成運行電耗差異；回收率不同造成的原水消耗量不同，導致運行成本差異；納濾與反滲透膜裝置、系統泵功率設計不同，造成投資差異。

納濾方案與反滲透方案的投資基本相當，差別主要在運行成本、回收率等方面。

納濾運行壓力較低，其系統泵功率較反滲透低，電耗相應較低；納濾僅對硫酸鹽及硬度脫除率較高，系統濃水中含鹽量相對較低，相應結垢趨勢較弱，因而回收率較反滲透可適當提高。

綜上所述，針對本系統進水水質、外輸飲用水水質要求，并充分考慮經濟性指標等因素，本系統脫鹽工藝采用納濾。

2)預處理工藝選擇。

適宜的預處理工藝，可有效降低納濾進水的SDI值、濁度等指標，從而減少納濾系統的污堵、結垢和膜降解，提高系統效能，實現系統產水量、脫鹽率和運行費用的最優化。

對原水進行預處理，主要為降低水中的懸浮物、膠體、有機物和濁度等雜質。一般采用過濾的手段。

針對本系統進水水質及水廠現狀，采用袋式過濾器和二級精密過濾器作為納濾的預處理工藝。

2.2 工藝流程

本系統水處理工藝為過濾+納濾，原水處理規模850 m3/h，納濾產水量594 m3/h。

原水取自原水收集池，經原水泵升壓后，進入三級過濾器去除大部分懸浮物和膠體，再送入納濾系統處理。經納濾處理后的脫鹽水，部分與剩余原水按一定比例進入勾兌水箱，消毒后加壓外輸至城南；部分脫鹽水通過原輸水管道重力自流至一水廠。工藝流程如圖1所示。

2.3 工藝設計

本系統凈水車間總占地1 800 m2，采用鋼架結構，設計高度11 m，部分為2層。一層為生產區，二層為監控調度、化驗室。

2.3.1 納濾預處理系統

1)袋式過濾器。袋式過濾器具備構造合理、密封性好、流通能力強、操作簡單等特點。

本工程采用四臺(三用一備)DN800袋式過濾器，單臺出水量284 m3/h，過濾精度為100 μm。

2)精密過濾器。精密過濾是介于砂濾(粗濾)與超濾之間的一種過濾，過濾精度一般在0.1 μm～120 μm范圍。精密過濾器具有過濾精度高，濾芯孔徑均勻、過濾阻力小，通量大，截污能力強，使用壽命長，耐酸、堿等化學溶劑，對過濾介質無污染等特點。

本工程采用二級精密過濾器。精密過濾器一采用四臺(三用一備)DN1 000精密過濾器，單臺出水量284 m3/h，過濾精度為5 μm。精密過濾器二采用三臺DN1 000精密過濾器，單臺出水量284 m3/h，過濾精度為1 μm。

2.3.2 納濾裝置

本系統采用全自動納濾機組。包括系統泵、納濾處理設備、加藥設備、清洗設備、配套儀表、閥門、管道及本體支架。

1)納濾處理設備。納濾裝置采用3套能單獨運行和并聯運行的納濾處理設備，運行時通過后續的外供水量調節投運的套數。

單套納濾處理設備產水量198 m3/h，單套設備包含36只膜殼，每支膜殼內安裝6支膜元件，單套設備共216支膜元件，單只膜元件膜面積為37 m2。

系統采用一級二段式，一段濃水作為二段進水，二段濃水排放，各段產水收集使用。

2)加藥設備。納濾處理過程是一個脫鹽、濃縮的過程，為了防止納濾濃水側特別是納濾膜殼中的最后一、二根膜元件濃水側出現無機鹽類的結垢，從而影響納濾膜的性能，在納濾進水投加膜阻垢劑(濃度為3 ppm～5 ppm)，以減輕納濾膜濃水側的結垢趨勢。同時原水中可能存在氧化劑對納濾膜造成不可逆氧化破壞，原水進入納濾系統之前投加還原劑，以消除氧化劑對納濾膜的氧化破壞。

3)清洗設備。納濾系統設置一套清洗系統，當核心納濾膜元件受到污染后，可進行化學清洗。清洗設備包括過濾器、清洗泵、清洗箱及配套閥門、管道等附件。

納濾設備運行一段后，由于有機物和無機物的污染致使膜被堵塞造成膜通量下降，這時必須清洗來保證膜的透水量。在同樣產水量下，膜運行壓力超過10%或同等壓力下，產水量減少10%時進行化學清洗，膜的通量恢復較好，可保證恢復膜的原有產水量。

2.3.3 自動控制系統

本系統按流程可劃分為三個單元，即過濾單元、納濾單元和勾兌、消毒、外輸單元。

本系統過程控制及檢測點較多，為了保證產品質量和系統正常運行，本系統采用PLC監控系統，用以監視、控制、管理整個生產過程，并可實現手自動無擾切換。

系統采用PLC預置程序下的自動控制，完成各單元運行的檢測、數據采集及控制功能，能夠按流程完成系統的自動運行，并可在故障狀態下自動協調前后流程的切換，保證后續流程的正常運行。

1)過程控制。本系統設置有液位儀表、壓力儀表、流量儀表、ORP儀、電導率儀，能夠在上位機實時記錄系統的重要操作數據并監控裝置的運行。

高壓泵的進出口裝有壓力開關，當供水不足，水壓過低，會自動發出停機信號，使水泵停止運行；當由于出口壓力過高時，高壓開關可自動切斷高壓泵的供電，保護系統不超壓運行。

納濾膜組入口裝有電動慢開閥門，使膜元件逐步受壓，防止水錘現象的發生，保護系統的安全。

2)液位儀表。液位儀表主要用于水池、水箱液位測量和傳動設備連鎖控制，加藥液位控制和設備保護。

3)流量儀表。流量儀表主要用于納濾設備產水、濃水、勾兌進水和外輸。

4)壓力儀表。壓力儀表主要用于納濾設備、水泵、過濾設備、外輸。

5)ORP儀表。ORP儀表主要用于測量進納濾設備原水的氧化還原電位。

6)電導率儀表。電導率儀表主要用于納濾設備進水、產水，反映納濾系統的運行狀況。

3 運行效果

本系統在近幾個月中，運行穩定，對硬度、硫酸鹽的去除效果明顯，實際條件下處理出水水質脫鹽率達97%以上，出水水質達到工程設定目標，混合后出水總量2萬m3/d。膜系統處理最大電耗約0.85 kWh/m3，處理成本較經濟合理。納濾設備進、產水水質及運行數據見表1，表2。

表1 納濾設備進、產水水質

表2 納濾設備運行數據

4 存在問題

本系統在試運行階段，納濾設備運行正常，但預處理系統中袋式過濾器產生污堵情況，濾袋清洗較頻繁，特別是在調節水量啟動深井時尤為明顯。通過對進水水質和現有工藝設計分析，判斷造成濾袋污堵的主要影響因素是由于新打井的水質不穩定、井水中含有一定數量細微泥沙造成的。根據后期水質變化及運行情況，考慮是否在袋式過濾器前增加有自動清洗功能的預處理裝置(如疊片式過濾器)，有效保證后續袋式過濾器的穩定運行，減輕工人的勞動力。

5 結語

本系統投入使用后，市區的供水水質得到明顯的改善提高。該系統具有占地少，工程實施容易，可作為水廠提升改造的優選方案之一。目前，納濾膜技術已在水處理上得到廣泛應用，但對于本水廠來說還是一個新工藝，需要不斷總結，摸索運行經驗，透徹了解系統原理，正確操作,延長納濾膜的使用壽命，最大化地發揮本系統的使用價值。

Application of nanofiltration membrane system in groundwater treatment

Li Xiuhong

(ShanxiXiaoyiWaterSupplyCompany,Xiaoyi032300,China)

In order to improve drinking water quality criteria and guaranteeing water security, combining with Liubitou water plant conditions, in light of actual conditions of sulfate, high hardness and large amount of water, through schemes comparison, the article applies one-grade and two-section-style nanofiltration membrane processing technology, process partial original water and then mixes it with original water. As a result, the system operation conditions are good, and the effluent quality is better as well.

nanofiltration membrane, groundwater, technological design, effluent quality

2015-03-23

李秀紅(1967- )，女，工程師

1009-6825(2015)16-0119-02

TU991.112

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