超濾技術在水廠升級改造中的應用分析

【摘要】隨著國家經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，民眾對飲用水水質安全的要求也更為重視。針對新的國家標準（GB 5749-2006），傳統凈水技術已不能很好的解決生物安全性問題。目前，國內很多水廠面臨工藝升級改造的問題，以超濾為核心技術的組合工藝具有廣泛的應用前景。文章主要介紹了超濾技術的特點，對超濾技術在水廠升級改造中的應用前景進行分析。

【關鍵詞】超濾技術；水廠升級改造；應用前景

1.飲用水凈化工藝的發展

1.1 第一代飲用水凈化工藝

20世紀初，人類社會面臨飲用水生物安全問題研發出第一代城市飲用水凈化工藝：混凝→沉淀→過濾→氯消毒。20世紀中葉，水介病毒性傳染病（如甲肝等）的流行，推動了第一代工藝的發展。

1.2 第二代飲用水凈化工藝

20世紀70年代，飲用水中微量有機污染物和氯化消毒副產物的發現，推動了第二代城市飲用水凈化工藝的發展，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物污染，提高了飲用水化學安全性，但同時生物安全性卻降低了，出水中的活性炭顆粒對微生物起到了保護作用，甚至出現劍水蚤、紅蟲等致病微生物，故第二代工藝的合理性和優越性不再被人們充分認可。

1.3 第三代飲用水凈化工藝

隨著工業技術的發展，產業界和科技界都把膜技術作為21世紀一項重要的高新技術。超濾作為膜技術的一種，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題，被認為是第三代城市飲用水凈化工藝的核心技術和發展、應用的主要方向。我國大部分城市以Ⅲ類水體為水源，凈化工藝組成如下：

Ⅲ類水原水→安全預氧化/強化混凝→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，相當于對水中的水生生物、致病微生物、濁質、有機物等進行了多級去除，使其含量得到逐級削減，有效降低超濾膜前負荷。采用的多種處理單元具有互補性和協同效應，從而使工藝整體得到優化。

2.超濾膜的技術特點

2.1 超濾膜的優點

超濾膜的孔徑為數納米，而細菌、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，出水微生物學指標能達到飲用水水質衛生標準。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 超濾膜的缺點及措施

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

另外超濾對中小分子有機物，特別是微量有機污染物的去除效果較差。需在膜前增設處理單元去除有機物，例如采用顆粒活性炭可以發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間，能將吸附容量充分發揮出來；生物粉末活性炭可進一步提升對有機物的物理吸附和生物降解效果。

3.超濾技術的應用發展

3.1 國外應用發展情況

在國際上，采用超濾技術作為水廠的水處理工藝已經逐漸成為主流。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，累計處理量達到300×104m3/d，并且許多新建水廠和老水廠改造項目越來越多的采用超濾工藝。在歐洲，超濾工藝在小型水廠應用居多，但處理能力1×104m3/d以上的超濾水廠已有33座，英國已有100多家水廠采用該工藝，產水能力已達到110×104m3/d。在亞洲，近幾年超濾技術的應用增長顯著，新加坡已建成27.5×104m3/d大型超濾水廠，日本超濾產水量已近400×104m3/d。

3.2國內應用發展情況

近幾年，國內超濾水廠建設也突飛猛進。目前已建成的有5000m3/d楊柳青超濾水廠、山東東營10×104m3/d超濾水廠、無錫中橋15×104m3/d超濾水廠等；正在建設或規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 工藝升級改造中的應用案例

3.3.1 替代沉淀-過濾工藝

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

加拿大City of Kamloops水廠供水規模16×104m3/d，采用兩級超濾系統，將一級超濾反洗水回收后再進行二級超濾處理，工藝的產水率達到99%以上。

3.3.2 替代過濾工藝

美國Columbia Heights水廠供水規模26.5×104m3/d，是目前北美運行規模最大的超濾水廠。面對美國水質法規的壓力，對老水廠工藝進行了改造，將傳統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，同時有效提高了水的回收率。

美國科羅拉多州Columbine水廠，供水規模18.7×104m3/d，水廠原有工藝存在產水水質較差、供水量不足的問題，采用二級過濾系統對老水廠進行改造，將砂濾池改為超濾工藝，水回收率高達99%。

3.3.3 作為深度處理工藝

無錫中橋水廠建設規模60×104m3/d，一期規模 30×104m3/d，已于92年6月建成投產；二期規模30×104m3/d，已于96年6月建成投產。隨著近年來太湖流域水源污染和新國標（GB5749-2006）的頒布，其現有的常規生產工藝已不能滿足國家和民眾對水質的要求，一期增加超濾膜深度處理已投產，處理能力15×104m3/d，是國內飲用水行業第一個也是最大超濾膜處理工程，其出水水質全面達到且部分優于國家標準（GB5749-2006）要求，特別是對濁度、藻類、細菌、兩蟲等有非常好的去除效果。

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

超濾工藝主要是擴大傳統制水工藝的產水規模并提高水質。

法國Vigneux水廠，供水規模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，采用生石灰調值，出水水質穩定。

4.推薦的升級方案

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在常規工藝之后，或取代常規工藝后一個或多個處理單元等，如：澄清池內加裝超濾膜、沉淀池內加裝超濾膜、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。同時為了滿足新的國家標準（GB5749-2006）要求，需同時對膜前和膜后處理單元進行適度改造，將工藝系統作為一個整體，按照第三代工藝進行優化。我國常規工藝多種多樣，需根據常規工藝的特點，選擇最優的超濾單元設置方式。

5.應用前景分析

目前，我國已有城鎮水廠中大部分仍為第一代凈水工藝，出水水質達不到新國標的要求，大部分水廠凈水工藝亟待升級改造；另外，隨著微污染水源問題和二代凈水工藝生物安全性問題被人們關注，大部分水廠迫切需要增加深度處理單元。用超濾取代常規工藝中的過濾單元或取代沉淀、過濾單元，在提高出水水質的同時，還可提高出水水量；另外，可充分利用原工藝中的沉淀和過濾空間，不增設新的凈水構筑物，有效降低建設費用和后期運行費用。因此，超濾技術在水廠凈水工藝升級改造中具有廣闊的應用前景。

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