1、研 究 论 述超滤技术在市政给水领域的设计和应用辛红香 王耀龙 梁霍燕(.南方创业(天津)科技发展有限公司 天津 .天津市政工程设计研究总院有限公司 天津)摘 要:膜通量是超滤膜技术的关键设计参数设计中选取合理的膜通量直接影响工程造价和系统稳定性影响超滤膜通量的几个关键因素有水源特性、膜材质、膜系统类型、季节和水温、运行方式、预处理工艺等 本文统计了国内部分应用超滤膜技术的给水厂工艺、超滤膜系统类型、膜通量等情况并分析了应用情况和膜通量取值合理性 在此基础上详细介绍了某给水厂超滤膜技术设计的应用情况旨在为类似超滤给水厂的设计提供参考 关键词:给水厂 超滤膜技术 膜通量中图分类号:.文献标志码:
2、文章编号:():./.(.().):.:净水厂中膜技术常用于提升出水品质膜技术主要包括微滤()、超滤()、纳滤()和反渗透()膜处理技术发展迅速美国、法国、英国、日本、澳大利亚、南非和荷兰等国都已相继建立了生产性的微滤、超滤和纳滤净水厂 膜处理除了大量用于海水淡化工程外在市政、钢铁、化工、电力、煤化工等各个领域也有很多应用案例因此超滤技术在国内应用相对成熟超超滤滤技技术术简简介介超滤是一种利用压差的膜法分离技术在外界推动力(压力)作用下通过一种压力活性膜截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质而使水和小的溶质颗粒透过膜 膜表面的微孔过滤精度在 之间可过滤水中的铁锈、泥砂、悬浮物、胶体、细菌、大
3、分子有机物等有害物质并保留对人体有益的矿物质元素第 卷 第 期 年 月 供 水 技 术 .超滤是近年膜技术在市政给水处理中应用的主流产品其优点在于:可有效去除水中的颗粒状物质(处理后水浊度在 以下)提高市政给水的感观效果可有效去除包括隐胞子虫、贾第鞭毛虫、细菌和病毒等微生物显著提高市政给水的微生物安全性几乎可以消除水中的全部藻类组织在水处理过程中不产生副产物膜过滤处理单元体积小组合扩容方便技术操作简单 预处理后原水可以直接经过膜处理来满足出水要求 国内市政给水超滤膜设计技术标准和规范随着国内市政给水中超滤膜技术应用越来越多相应的设计标准或规范也日趋完善 目前常用的设计标准和规范主要有 室外给水
4、设计标准、/城镇给水膜处理技术规程和/生活饮用水外置式膜过滤系统设计规范内容基本涵盖超滤膜工艺设计、清洗系统、废水系统等方面 常用的设计标准、规范对超滤膜设计参数通量基本都有推荐设计值室外给水设计标准和城镇给水膜处理技术规程中推荐压力式膜处理工艺设计通量宜为/()最大设计通量不宜大于 /()浸没式膜处理工艺设计通量宜为/()最大设计通量不宜大于 /()生活饮用水外置式膜过滤系统设计规范推荐设计通量见表 膜通量应根据具体水温条件设计若没有相关数据宜按温度每升高或降低 通量相应增加或衰减 计算表 膜过滤系统设计通量推荐表 .原水类型浑浊度/设计通量/()地下水地表水 超滤膜设计通量及影响因素设计通
5、量是超滤膜系统最重要的设计参数直接决定了工程所需的膜面积和设备造价 超滤膜工艺根据装置类别可以分为压力式和浸没式选择合适的工艺十分重要 两种工艺差别见表 表 压力式膜组件与浸没式膜组件的对比 .对比项目浸没式膜组件压力式膜组件能耗无动力或低负压抽吸(有动力)耗能低加压过滤能耗高化学清洗敞开进行化学清洗药剂用量较多密闭空间内化学清洗药剂用量少预处理要求预处理要求低可适应较高的原水浊度预处理要求高只能适应较低的原水浊度须安装精密保安过滤器生产效率设计膜通量小所需膜面积数量多设计膜通量大所需膜面积数量少安装方式膜组件需放置在膜池内膜组件灵活地组成过滤模块处理规模适合大中型水厂适合中小型水厂建议膜通量
6、/()/()工程投资土建投资大设备投资小总费用相当土建投资小设备投资大总费用相当占地面积较大较小运行费用较小较大运行管理较复杂更方便 影响超滤膜设计通量的几个关键因素:水源特性水质指标主要有:浊度、(溶解性有机物)和硅等指标越高膜设计通量越低 每个省份的水源特性都不相同南北方差异很大在没有工业水污染情况下一般地北方水质指标高于南方南水北调后这种差距在缩小 膜材质超滤膜常用材料有、等在一定分子量范围内 对不同膜材质的膜短期通量影响不大从长久运行角度来看各种膜的抗污染性差异较大其中 抗污染性好运行时跨膜压差小运行费用较低设计通量可适当增大 浸没式和压力式的膜系统设计形式不同膜通量不同浸没式超滤膜采
7、用无压或低压形式设计通量小而压力式超滤膜设计通量大 污染源不同膜运行通量选择不同冬季低温第 卷 第 期 供 水 技 术 年 月低浊夏季高温高藻一般冬季运行通量小于夏季优化超滤膜系统运行工艺可保证系统高通量的稳定运行如某大型水厂采用 和 两种不同材质的超滤膜在过滤周期不同时反洗周期和膜通量可保持基本一致 不同预处理工艺对超滤膜的通量影响很大:混沉砂滤工艺对分子量大于 的 去除效果好生物活性炭工艺对 /的 去除效果好去除越彻底超滤膜设计通量可取较大值国国内内部部分分自自来来水水厂厂超超滤滤膜膜设设计计通通量量分分析析随着超滤膜技术在大通量、低跨膜压差、抗污染性好、低成本等方面取得突破国内采用超滤膜
8、技术的新建和改建净水厂项目陆续增加 表 对国内部分净水厂应用超滤技术的膜通量进行统计表 国内部分净水厂超滤技术应用情况 .序号项目规模/()地点运行时间水源处理工艺超滤类型设计通量/()广东肇庆高新区水厂 广东地表水混凝/沉淀浸没厦门西山水厂 福建地表水絮凝沉淀过滤消毒浸没宁波江东水厂改造 浙江地表水混凝/沉淀浸没.宁波桃园水厂 浙江地表水混凝沉淀浸没上海徐径水厂 上海地表水混凝/沉淀浸没.南方某水厂 地表水混凝/沉淀浸没南通芦泾水厂 江苏河水混凝浸没南通狼山水厂 江苏地表水平流沉淀臭氧活性炭浸没.山东东营南郊自来水厂 山东河水混凝/沉淀过滤浸没河北沧州水厂 河北地表水(南水北调)混凝/沉淀浸
9、没河北某地表水厂 河北地表水混凝/沉淀浸没.北京第九水厂 北京反洗水混凝浸没乌鲁木齐市红雁池水厂 新疆地表水预氧化混凝/沉淀浸没.深圳沙头角水厂 广东地表水混凝/沉淀过滤外置广州江村水厂 广东地表水混凝/沉淀过滤外置福州新义序水厂 福建地表水混凝/沉淀外置浙江慈溪航丰 浙江地表水混凝/沉淀过滤(反渗透)外置杭州清泰水厂 浙江地表水(臭氧)混凝/沉淀砂炭滤外置.上海洋山港水厂 上海自来水(生物活性炭过滤)外置漯河某水厂 河南地表水混凝/沉淀外置无锡中桥水厂 江苏地表水混凝/沉淀过滤粉末活性炭外置江苏某水厂 江苏地表水预氧化(压力溶气气浮法)砂过滤外置山东章丘自来水厂 山东地下水自清洗过滤器外置某
10、水厂 地表水预氧化混凝/沉淀外置东北某市 东北地表水混凝/沉淀过滤臭氧炭滤外置 年 月辛红香等:超滤技术在市政给水领域的设计和应用第 卷 第 期续表 ()序号项目规模/()地点运行时间水源处理工艺超滤类型设计通量/()郭公庄水厂 北京地表水(南水北调)预处理(预氧化)机械澄清臭氧一活性炭紫外线消毒外置天津凌庄水厂 天津地表水(南水北调)预处理 上向流炭吸附澄清池外置石景山水厂 北京地表水(南水北调)用预臭氧混凝沉淀(机械搅拌澄清池)主臭氧炭砂滤池加氯消毒外置.雄安新区 水厂 河北地表水(南水北调)用预臭氧高密 滤后臭氧活性炭磁翻板滤池紫外加氯消毒外置注:上述水厂膜通量参数除部分注明的文献外其余
11、为设备供货商提供设计参数 通过上述 个净水厂运行的超滤膜技术分析可知:应用超滤膜技术作为净水工艺的南方城市明显多于北方且多集中于东部省份 南方城市设计通量明显高于北方城市主要是冬天南北温差大而水温是影响膜通量重要的参数如北京最冷月平均气温.广州最冷月平均气温 水温相差大选择膜通量也不同 进水水质越好或预处理越彻底设计通量越高从表 可知最基本的预处理为混凝沉淀目的是降低进膜水的浊度和 根据美国 建议进膜水浊度应低于 高于该值则需增加膜前预处理措施而市政给水处理混凝沉淀工艺出水浊度一般要求低于 符合美国 建议的进水要求外置压力式超滤膜设计通量为/()浸没式超滤膜设计通量为 /()基本在国内设计标准
12、推荐的范围内河河北北某某净净水水厂厂超超滤滤膜膜设设计计经经验验 水厂水源情况河北某净水厂设计处理量为 万/主要水源为南水北调中线来水辅助水源为冈南水库水和黄壁庄水库水 南水北调中线工程源头为湖北丹江口水库高浊期一般在每年的 月水的平均浊度均低于 高锰酸盐指数 /氨氮 /铁、锰含量均小于 /藻类含量 万个/溴化物小于 /色度 度左右水质总体良好符合 地表水环境质量标准中的类水标准 每年有 个月采用辅助水源辅助水源水质较南水北调水源差根据水厂自检月平均浊度为 最大浊度 超滤膜工艺选择水厂原有工艺为混凝沉淀过滤工艺该工艺产水量一直达不到设计水量要求同时为提高出水品质急需提标改造改造后的深度处理工艺
13、采用超滤膜工艺 工艺选择前对周边的水厂进行详细调研其中浸没式和压力式均有选择但南水北调后因水源水质较好几个大型的水厂均采用的压力式超滤膜工艺该工艺的超滤膜具有工作环境好、易判断膜丝是否断裂、膜组件更换方便、膜生命周期长等优点 考虑到项目水源较好进水浊度低预处理采用混凝沉淀过滤工艺水厂处理规模不大选用压力式超滤膜工艺 膜通量选择根据室外给水设计标准和生活生活饮用水外置式膜过滤系统设计规范的规定以河北地面水温为估算膜通量为小于等于 /()同时参考调研的已投产的具有类似水源、水温的天津凌庄子净水厂的试验数据和设计膜通量项目最终确定设计膜通量为 /()结结论论作为提高饮用水品质的重要手段超滤膜工艺应用
14、会越来越广泛 作为超滤设计最重要的参数第 卷 第 期 供 水 技 术 年 月膜通量的选取除参照设计规范、供应商推荐的设计参数外参考当地已有净水厂超滤膜通量的设计和运行数据也十分必要有条件的情况下超滤膜选型和设计通量选择应通过试验决定 结合相关规范和已运行水厂的超滤膜通量推荐不同地区、不同条件下的膜通量设计参考值如下:珠三角地区冬天地表水温为 时水源水质较好时一般预处理采用混凝沉淀过滤深度处理采用压力式超滤膜工艺时通量建议为 /()深度处理采用浸没式超滤膜工艺时通量建议为 /()长江流域中东部地区冬天地表水温为 时水源水质较好的情况下一般预处理采用混凝沉淀过滤深度处理采用压力式超滤膜工艺时通量建
15、议为 /()深度处理采用浸没式超滤膜工艺时通量建议为 /()华北地区较多水厂以南水北调水源为主当地水源为辅冬天地表水温 一般预处理采用混凝沉淀过滤 北京、天津等几个重点区域为保障供水安全过滤工艺多考虑活性碳工艺 深度处理采用压力式超滤膜工艺时通量建议为 /()深度处理采用浸没式超滤膜工艺时通量建议为 /()参考文献:室外给水设计标准./城镇给水膜处理技术规程./生活饮用水外置式膜过滤系统设计规范.崔玉川员建.给水厂处理设施设计计算:第 版.北京:化学工业出版社.孙飞.影响超滤膜通量的因素研究.同济大学.于海宽李星周志伟等.大型超滤水厂 和 膜运行特性差异与优化.中国给水排水():.谭周权.超滤
16、膜技术在西山水厂工程设计中的应用.城镇供水():.肖敏杰.运用浸没式超滤膜改造水厂现有净水构筑物案例分析.给水排水():.周正协.超滤膜组合工艺在大型现代化桃园水厂中的应用.中国给水排水():.郁振标袁宵陈清.超滤膜技术在南通狼山水厂升级改造中的应用.膜科学与技术():.缪晶广陈敏.某市浸没式超滤膜工艺净水厂设计.有色冶金设计与研究():.李文敏.超滤膜技术在自来水处理中的应用范例.净水技术():.王楠.超滤技术在净水厂搬迁扩建中的运用.科学技术创新():.叶书荣冯暨伟.新型超滤技术在净水厂的应用.华电技术():.徐俊邬亦俊马永恒等.常规处理臭氧活性炭超滤膜净水工艺的工程应用.给水排水():.饶磊.浅谈郭公庄水厂的工艺设计及优化.给水排水():.赵新娟刘伯一.短流程超滤膜工艺在凌庄水厂的应用.中国给水排水():.刘丞王天吉谢臣等.市政超滤饮用水深度处理 石景山水厂超滤膜系统工程实践与经验总结.城镇供水():.魏旭陈燕波邱明等.雄安新区大型高品质给水厂设计.给水排水():.芮旻周杰敏许嘉炯等.饮用水处理工程超滤膜系统设计关键技术.给水排水():.建筑给水排水设计标准.作者简介:辛红香()