超濾技術(shù)在水廠升級(jí)改造中的應(yīng)用分析

【摘要】隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，民眾對(duì)飲用水水質(zhì)安全的要求也更為重視。針對(duì)新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 5749-2006），傳統(tǒng)凈水技術(shù)已不能很好的解決生物安全性問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)很多水廠面臨工藝升級(jí)改造的問(wèn)題，以超濾為核心技術(shù)的組合工藝具有廣泛的應(yīng)用前景。文章主要介紹了超濾技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)超濾技術(shù)在水廠升級(jí)改造中的應(yīng)用前景進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】超濾技術(shù)；水廠升級(jí)改造；應(yīng)用前景

1.飲用水凈化工藝的發(fā)展

1.1 第一代飲用水凈化工藝

20世紀(jì)初，人類社會(huì)面臨飲用水生物安全問(wèn)題研發(fā)出第一代城市飲用水凈化工藝：混凝→沉淀→過(guò)濾→氯消毒。20世紀(jì)中葉，水介病毒性傳染病（如甲肝等）的流行，推動(dòng)了第一代工藝的發(fā)展。

1.2 第二代飲用水凈化工藝

20世紀(jì)70年代，飲用水中微量有機(jī)污染物和氯化消毒副產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)，推動(dòng)了第二代城市飲用水凈化工藝的發(fā)展，即：第一代工藝→臭氧→活性炭顆粒。第二代工藝較好的去除了水中有機(jī)物污染，提高了飲用水化學(xué)安全性，但同時(shí)生物安全性卻降低了，出水中的活性炭顆粒對(duì)微生物起到了保護(hù)作用，甚至出現(xiàn)劍水蚤、紅蟲等致病微生物，故第二代工藝的合理性和優(yōu)越性不再被人們充分認(rèn)可。

1.3 第三代飲用水凈化工藝

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界和科技界都把膜技術(shù)作為21世紀(jì)一項(xiàng)重要的高新技術(shù)。超濾作為膜技術(shù)的一種，可幾乎完全去除水中的微生物，有效解決新的生物安全性問(wèn)題，被認(rèn)為是第三代城市飲用水凈化工藝的核心技術(shù)和發(fā)展、應(yīng)用的主要方向。我國(guó)大部分城市以Ⅲ類水體為水源，凈化工藝組成如下：

Ⅲ類水原水→安全預(yù)氧化/強(qiáng)化混凝→生物活性炭/超濾→安全消毒

上述工藝中超濾、活性炭物理吸附和生物降解屬綠色工藝；而將超濾置于活性炭之后，出水中的微生物及炭顆粒可被截留，相當(dāng)于對(duì)水中的水生生物、致病微生物、濁質(zhì)、有機(jī)物等進(jìn)行了多級(jí)去除，使其含量得到逐級(jí)削減，有效降低超濾膜前負(fù)荷。采用的多種處理單元具有互補(bǔ)性和協(xié)同效應(yīng)，從而使工藝整體得到優(yōu)化。

2.超濾膜的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 超濾膜的優(yōu)點(diǎn)

超濾膜的孔徑為數(shù)納米，而細(xì)菌、病毒等病原微生物大多吸附在膠體等顆粒表面，顆粒物質(zhì)的有效去除就意味著致病微生物的有效去除，可使飲用水生物安全性得到最大的提高，出水微生物學(xué)指標(biāo)能達(dá)到飲用水水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。另外，超濾出水濁度一般為0.1NTU，甚至更低，這表明水中微生物同樣被有效去除。

2.2 超濾膜的缺點(diǎn)及措施

超濾能去除部分天然大分子有機(jī)物（如腐殖酸等）。強(qiáng)化混凝能提高對(duì)天然有機(jī)物的去除效果，預(yù)氧化劑（如高錳酸鉀）和助凝劑使混凝對(duì)天然有機(jī)物的去除效果得到提高。

另外超濾對(duì)中小分子有機(jī)物，特別是微量有機(jī)污染物的去除效果較差。需在膜前增設(shè)處理單元去除有機(jī)物，例如采用顆粒活性炭可以發(fā)揮物理吸附和生物降解的作用；采用粉末活性炭可提高濃度和停留時(shí)間，能將吸附容量充分發(fā)揮出來(lái)；生物粉末活性炭可進(jìn)一步提升對(duì)有機(jī)物的物理吸附和生物降解效果。

3.超濾技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

3.1 國(guó)外應(yīng)用發(fā)展情況

在國(guó)際上，采用超濾技術(shù)作為水廠的水處理工藝已經(jīng)逐漸成為主流。1996年，超濾水廠總處理水量在20×104m3/d，2006年的處理水量800×104m3/d以上。在北美，已有250座超濾水廠，累計(jì)處理量達(dá)到300×104m3/d，并且許多新建水廠和老水廠改造項(xiàng)目越來(lái)越多的采用超濾工藝。在歐洲，超濾工藝在小型水廠應(yīng)用居多，但處理能力1×104m3/d以上的超濾水廠已有33座，英國(guó)已有100多家水廠采用該工藝，產(chǎn)水能力已達(dá)到110×104m3/d。在亞洲，近幾年超濾技術(shù)的應(yīng)用增長(zhǎng)顯著，新加坡已建成27.5×104m3/d大型超濾水廠，日本超濾產(chǎn)水量已近400×104m3/d。

3.2國(guó)內(nèi)應(yīng)用發(fā)展情況

近幾年，國(guó)內(nèi)超濾水廠建設(shè)也突飛猛進(jìn)。目前已建成的有5000m3/d楊柳青超濾水廠、山東東營(yíng)10×104m3/d超濾水廠、無(wú)錫中橋15×104m3/d超濾水廠等；正在建設(shè)或規(guī)劃中的超濾水廠有杭州清泰30×104m3/d超濾水廠、北京郭公莊50×104m3/d超濾水廠、廣州花都100×104m3/d超濾水廠等。

3.3 工藝升級(jí)改造中的應(yīng)用案例

3.3.1 替代沉淀-過(guò)濾工藝

新加坡Chestnut Avenue水廠一期供水規(guī)模27.3×104m3/d，是目前世界上已投入運(yùn)行的最大規(guī)模超濾水廠。超濾工藝目的是控制濁度、色度和有機(jī)物，超濾出水采用虹吸工藝，很大程度的降低了運(yùn)行成本。

加拿大City of Kamloops水廠供水規(guī)模16×104m3/d，采用兩級(jí)超濾系統(tǒng)，將一級(jí)超濾反洗水回收后再進(jìn)行二級(jí)超濾處理，工藝的產(chǎn)水率達(dá)到99%以上。

3.3.2 替代過(guò)濾工藝

美國(guó)Columbia Heights水廠供水規(guī)模26.5×104m3/d，是目前北美運(yùn)行規(guī)模最大的超濾水廠。面對(duì)美國(guó)水質(zhì)法規(guī)的壓力，對(duì)老水廠工藝進(jìn)行了改造，將傳統(tǒng)的砂濾工藝改建為超濾工藝，以去除兩蟲，保障飲用水的微生物安全，同時(shí)有效提高了水的回收率。

美國(guó)科羅拉多州Columbine水廠，供水規(guī)模18.7×104m3/d，水廠原有工藝存在產(chǎn)水水質(zhì)較差、供水量不足的問(wèn)題，采用二級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)老水廠進(jìn)行改造，將砂濾池改為超濾工藝，水回收率高達(dá)99%。

3.3.3 作為深度處理工藝

無(wú)錫中橋水廠建設(shè)規(guī)模60×104m3/d，一期規(guī)模 30×104m3/d，已于92年6月建成投產(chǎn)；二期規(guī)模30×104m3/d，已于96年6月建成投產(chǎn)。隨著近年來(lái)太湖流域水源污染和新國(guó)標(biāo)（GB5749-2006）的頒布，其現(xiàn)有的常規(guī)生產(chǎn)工藝已不能滿足國(guó)家和民眾對(duì)水質(zhì)的要求，一期增加超濾膜深度處理已投產(chǎn)，處理能力15×104m3/d，是國(guó)內(nèi)飲用水行業(yè)第一個(gè)也是最大超濾膜處理工程，其出水水質(zhì)全面達(dá)到且部分優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）要求，特別是對(duì)濁度、藻類、細(xì)菌、兩蟲等有非常好的去除效果。

加拿大Lakeview水廠，供水規(guī)模26.1×104m3/d，是目前最大臭氧活性炭耦合超濾的兩級(jí)深度處理系統(tǒng)。

超濾工藝主要是擴(kuò)大傳統(tǒng)制水工藝的產(chǎn)水規(guī)模并提高水質(zhì)。

法國(guó)Vigneux水廠，供水規(guī)模5.5×104m3/d，采用粉末活性炭吸附+超濾作為深度處理工藝，PAC平均投加量為8mg/L，采用生石灰調(diào)值，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

4.推薦的升級(jí)方案

超濾能將水的濁度降至0.1NTU，獲得超低濁度的水，一般都將超濾單元設(shè)在常規(guī)工藝之后，或取代常規(guī)工藝后一個(gè)或多個(gè)處理單元等，如：澄清池內(nèi)加裝超濾膜、沉淀池內(nèi)加裝超濾膜、沉淀池改造成超濾膜池、濾池改造成超濾膜池、濾池后加超濾膜、微絮凝后直接超濾等。同時(shí)為了滿足新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）要求，需同時(shí)對(duì)膜前和膜后處理單元進(jìn)行適度改造，將工藝系統(tǒng)作為一個(gè)整體，按照第三代工藝進(jìn)行優(yōu)化。我國(guó)常規(guī)工藝多種多樣，需根據(jù)常規(guī)工藝的特點(diǎn)，選擇最優(yōu)的超濾單元設(shè)置方式。

5.應(yīng)用前景分析

目前，我國(guó)已有城鎮(zhèn)水廠中大部分仍為第一代凈水工藝，出水水質(zhì)達(dá)不到新國(guó)標(biāo)的要求，大部分水廠凈水工藝亟待升級(jí)改造；另外，隨著微污染水源問(wèn)題和二代凈水工藝生物安全性問(wèn)題被人們關(guān)注，大部分水廠迫切需要增加深度處理單元。用超濾取代常規(guī)工藝中的過(guò)濾單元或取代沉淀、過(guò)濾單元，在提高出水水質(zhì)的同時(shí)，還可提高出水水量；另外，可充分利用原工藝中的沉淀和過(guò)濾空間，不增設(shè)新的凈水構(gòu)筑物，有效降低建設(shè)費(fèi)用和后期運(yùn)行費(fèi)用。因此，超濾技術(shù)在水廠凈水工藝升級(jí)改造中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]李圭白，楊艷玲.超濾——第三代城市飲用水凈化工藝的核心技術(shù)[J].供水技術(shù)，2007，1（1）：1-3.

[2]韓宏大，呂曉龍，陳杰 .超濾膜技術(shù)在水廠中的應(yīng)用[J].供水技術(shù)，2007，1（5）：14-16.

[3]李圭白.飲用水安全問(wèn)題及凈水技術(shù)發(fā)展[J].中國(guó)工程科學(xué)，2012，14（7）：20-23.

[4]賈恒松.超濾膜技術(shù)在市政凈水廠中的應(yīng)用[J].西南給排水，2014，（4）

[5]陳治安，劉通，尹華升等.超濾在飲用水處理中的應(yīng)用和研究進(jìn)展[J].工業(yè)用水與廢水，2006，37（3）： 7-10.