超濾技術在粗蘆島凈水廠中的運用

張昀

（福州城建設計研究院有限公司福建福州　350001）

超濾技術在粗蘆島凈水廠中的運用

張昀

（福州城建設計研究院有限公司福建福州350001）

粗蘆島凈水廠主要處理來自塘壩水庫的原水，該水庫周期性爆發藻類污染。為滿足工藝需要，采用以超濾為核心的組合工藝，以保障飲用水安全，其設計出水水質達到且部分參數優于《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）。本文詳細介紹了該工程超濾處理的設計方案、設計參數及系統特點，為國內其他類似凈水廠的應用提供有效的參考，特別是小型凈水廠的膜處理工程的建設。

自來水廠；超濾；湖庫水

1　工程概況

粗蘆島位于連江縣南部、閩江口入海處，屬連江縣琯頭鎮，近期規劃人口約為0.7萬人。隨著位于粗蘆島的馬尾船政船舶與海洋工程裝備園的擴建與發展，島上常住居民的人口數也逐年增長，粗蘆島對生產生活用水的需求量也逐漸增大，現狀供水能力將遠不能滿足粗蘆島供水量的需求，供水量不足將成為制約當地經濟發展的障礙。

根據現狀及規劃預測，粗蘆島供水工程近期設計規模為0.3萬m3/d。本工程水源選用塘坂引水一期工程，其原水即為塘坂水庫水。根據塘坂水庫原水水質報告，該水庫斷面水質較好，除總氮及個別月份溶解氧、糞大腸桿菌超標外，其余指標均可達《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅱ類標準；原水濁度較低，除暴雨季節外，其余月份原水濁度均在20NTU以下。但近年夏季，鰲江流域塘坂水庫有藻類爆發的趨勢，最高時水庫水藻類含量超過2000萬個/L。

2　凈水工藝選擇

由于粗蘆島供水工程近期供水規模為0.3萬m3/d，項目規模小且項目實施周期較短，結合水源水質，建議采用成套水處理設備的凈水模式。目前，使用率較高的主要有膜處理設備與傳統一體式水處理設備兩種。目前較為常見的傳統一體式水處理構筑物基本上是按照“折板反應-斜管沉淀-重力無閥濾池過濾”的原理進行設計。

超濾是利用物理分離方法有效去除水中顆粒物質的一種膜分離技術。其分離過程是以膜兩側壓差為驅動力，以機械篩分原理為基礎的一種溶液分離過程，是一種無相變、低能耗物理分離過程。近期凈水廠膜處理設備與傳統一體式水處理設備具體對比如表1。

通過表1對比，可以看出，超濾膜處理設備雖然投資稍高，但是出水水質、對原水適應能力強、產水率高、投加藥劑少、自動化程度高，故凈水廠近期凈水廠工藝采用超濾膜技術，為縮短施工工期，采用“自清洗過濾器+成套膜處理設備+不銹鋼清水池”的形式。

3　工藝流程

根據原水水質指標，本工程原水水質較好，符合飲用水水源的要求，但存在藻類爆發的危險，因此本工程凈水工藝除了要求能有效去除原水中的懸浮物（濁度）及消毒殺菌，達到國家《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）與建設部《城市供水水質標準》（CJ/T-2005）的要求外，還要求能有效去除藻類。

表1　一體式水處理與膜處理比較

超濾設備的過濾方式主要可以分為浸沒式過濾技術和壓力膜過濾技術兩種類型，但浸沒式過濾技術無法將分離后的藻類完全排出膜池外，反而造成藻類在膜池的累積，不適于需要除藻的水廠應用，故選擇壓力膜式過濾技術。壓力膜過濾技術又分為內壓式過濾和外壓式過濾兩種不同的形式。內壓式過濾納污能力較弱，對原水預處理程度要求高，所需前處理流程復雜，且清洗困難，故選擇外壓膜超濾技術。

根據與本工程相關試驗結論，采用“自清洗過濾器+外壓式超濾膜”，不但能直接承受較高濁度的原水直接過濾，無需在前端設置反應沉淀池，節省投資；同時能有效除藻類。

由于近期凈水廠采用的是膜處理工藝，在不投加混凝劑情況下，過濾效果比較理想，在超濾膜前投加混凝劑反而容易堵塞膜孔，因此本工程近期不投加混凝劑。消毒設計部分，由于氯氣及二氧化氯氧化性強，容易氧化超濾膜的膜絲組件，縮短其使用壽命，影響出水水質，因此超濾膜水廠不應采用氯氣及二氧化氯消毒，因此，本工程采用次氯酸鈉溶液消毒。

綜上所述，本工程近期凈水工藝推薦采用：“自清洗過濾器+外壓式超濾膜”，并在超濾膜設備前后投加消毒劑次氯酸鈉。具體工藝流程見圖1。

本設計近期凈水廠出水濁度控制目標≤0.2NTU，其余指標均應滿足《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）與《城市供水水質標準》（CJ/T-2005），同時出廠水藻類控制目標參考美國、加拿大飲用水水質標準，本設計近期凈水出水藻類含量控制目標≤105個/L。

圖1　工藝流程圖

4　工程設計

水廠建設規模為0.3萬m3/d，水處理系統包括預處理單元、膜處理單元、加藥單元、加壓輸送單元等。主要建構筑物為1座超濾膜車間、1座清水池及1座配電間。

4.1超濾膜車間

設1座超濾膜車間，處理規模為3000m3/d，超濾膜車間與加氯間、送水泵房、化學清洗間、配電間等合建，超濾膜車間平面尺寸為25.0m×12.0m，高6.5m；配電間位于超濾膜車間北側，6.0m× 4.0m，高6.5m。

為降低超濾膜設備負荷，盡可能攔截原水中的大顆粒雜質，在超濾膜設備前設置2套過濾精度為100μm的自清洗過濾器（Q=200m3/d，一用一備）。由于原水水頭遠超過超濾設計入口壓力，因此在超濾膜設備前設置2套可調式減壓閥（一用一備）。即原水進入車間依次通過自清洗過濾器、可調式減壓閥后，再進入超濾膜設備。

超濾膜車間一共設置2套外壓式超濾膜設備。每套超濾膜設備過濾能力為：80m3/h，每套超濾膜設備各安裝40支膜管；此外每套超濾膜設備各配套清洗設備。

膜管采用曼胡默爾（MANN+HUMMEL）U860超濾膜，單管膜通量膜通量2000L/h，采用親水改性的聚丙烯腈（PAN）材質，為外徑2mm，內徑1mm的外壓式結構，單元有效面積為45m2，過濾孔徑為50nm。

每套超濾膜設備氣水反洗周期為2次/h，氣水反洗持續時間為50s。反沖洗水源來自配套的反沖洗水箱（V=5m3，兼作產水水箱用途），兩套超濾膜組輪流反洗。

超濾膜設備每24h需EBF化學清洗一次，2套設備輪流清洗，可視具體情況確定采用氫氧化鈉或鹽酸溶液進行EBF化學清洗，EBF化學清洗水泵與常規反沖洗水泵共用。

超濾膜設備每30d需CIP化學清洗一次，2套設備輪流清洗，CIP化學清洗溶液采用草酸溶液，并設置一套專用CIP反沖洗泵。

4.2加氯間

本工程加氯間與超濾膜車間合建，加氯消毒采用次氯酸鈉溶液，采用成品溶液投加，投加濃度為5%，本設計考慮濾前、后2個加氯點，其中濾前加氯點位于超濾膜設備進水管上，最大加氯量為2mg/L；濾后加氯點位于超濾膜設備至清水池的進水管上，最大加氯量為3mg/L。

4.3清水池

凈水廠清水池應考慮有足夠的調節量，本工程設1座800m3不銹鋼清水池，分為獨立2格，調節容積為供水規模的24%。

4.4送水泵房

送水泵房主要用于將凈水廠凈化過的清水增壓輸送至粗蘆島用戶，送水泵房與超濾膜車間合建，采用半地下式，鋼筋混凝土結構。設3臺立式增壓泵，Q=100m3/h，H=35m，N=22kW。

5　設計特點

（1）總平面采用集約化布置，將相關功能的膜處理車間、加氯間、送水泵房聯合建設，占地面積為3.5畝，有效的節約了用地。

（2）本設計采用外壓膜超濾技術，可有效去除藻類、有機物，出水水質優于《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006），建設周期短。

（3）膜通量即單位膜面積上過濾水的流量，本設計采用較低的膜通量，可降低膜的不可逆污染，延長膜的清洗周期，保證凈水廠的穩定運行。

（4）膜系統采用集成化安裝模式，自動化控制設備、水泵、鼓風機、自動閥組以及儀表安裝在一個機架內，現場安裝簡化，運行維護方便。

（5）采用合理的工藝流程，選用自清洗過濾器，簡化超濾工藝前處理，有效的降低了工程投資。

（6）超濾膜技術可以實現全部的自動控制，運行穩定，有效降低了工人的勞動強度，節約了人力資源。

6　結語

粗蘆島供水工程采用“自清洗過濾器+外壓式超濾膜”的處理工藝，建設周期短、出水水質良好，并具有去除藻類、有機物效果好的特點，適應了人民群眾對水質要求不斷提高的需要。目前本工程已進入正式施工階段，本文介紹了膜處理設計思路、工藝流程、膜組件特性等，供類似小型供水工程參考。

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TU991.2

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1673-0038（2015）13-0016-02

2015-3-5