发布时间 : 星期三 文章浸没式超滤膜在饮用水处理中的应用 - 图文更新完毕开始阅读f928eb5511a6f524ccbff121dd36a32d7275c741
地停止以对膜进行化学清洗，以去除膜的有机污染或是结垢物质。恢复性清洗的频率根据处理厂的水质和运行条件而变化。
当浸没式膜系统越来越普及，很有必要了解该系统的组成和运行，并注意支持系统或配套设备的设计。尽管膜系统设计的重点是与膜有关的参数，比如膜的种类、纤维数、膜元件配置、通量和性能等。成功的膜系统的真正挑战是系统运行所需配套设备的设计。成功的设计离不开由设计院、膜供应商和最终用户组成的小组，该小组保证一体的设计，考虑系统水力条件、整个水处理厂、现场约束条件、规范要求、成本、运行、维修、系统冗余以及膜系统成功运行所需的其它条件。膜系统配套设备包括泵、鼓风机和空压机等，负责日常运行，包括过滤、反洗、清洗和完整性测试等工艺过程。表3列出ZeeWeed?浸没式超滤膜系统的组成部分和各组成部分的关键设计因素。
表3 浸没式膜系统组成部分和关键设计因素 膜系统组成部分 进水 关键设计因素 渠道或管道进水 调节阀控制进入各膜池的流量 原水过滤器 膜通量 回收率 运行与清洗周期 抽吸方式 冗余性（N-1，N-2，??） 完整性测试 池型结构 池子材质 池子涂层 池子尺寸 母管 隔离膜池的阀门 泵材质和密封 泵的配置 相对于膜池的位置 能力（适应膜池的扩充） 扬程（适应变化的水头损失） 汽蚀余量 抽真空 变频控制 反洗泵的材质和配置 反洗水源 反洗水排放 空气擦洗系统 清洗溶液转移泵的材质和配置 清洗水源和水量 药液的排放 化学中和的位置 药剂的储存和投加 空压机的类型 压力衰减测试的频率 法规要求 取出和替代池中膜箱的能力 膜系统设备维修的空间 影响因素 系统布置 进水控制 进水水质 出水水质 系统运行与管理 系统灵活性 系统可扩展性 水力 配水，反冲洗，在线化学清洗，排水 成本 耐久性 能力 防腐蚀 汽蚀余量 建筑物尺寸和布置 过滤时产生的空气携带量 超滤膜 膜池 产水泵 反洗系统 清洗系统 同时进原水和反洗水的能力 利用透过液母管减少泵扬程 排放反洗水至水厂前端 鼓风机放在单独的房子内减少噪音和振动。 循环/排空泵的多种用途 在膜池中中和溶液的能力 排放药剂溶液到下水道。 膜完整性系统 上层结构 满足1个膜系列内膜箱完整性测试的空气储存量 完整性测试所需时间 相邻完整性测试之间的时间间隔。 膜车间净空高度 3 典型工程案例分析
3.1 新加坡CCK自来水厂
CCK自来水厂是新加坡最大的自来水厂，总处理规模为364,000m3/d，分别于1975年（182,000m3/d）和1981年（182,000m3/d）投产运行。水源为水库水，采用混凝、Pulsator澄清、V型滤池与消毒工艺。随着水库水藻类和原生生物的污染，饮用水的微生物安全问题被提上日程。ZeeWeed?浸没式膜系统设计中显著的优势是当翻新已建池体时独特的灵活性。这里包括沉淀池、滤池、清水池、泥水池等。因此通过技术经济综合比较，最后选择ZeeWeed?1000浸没式超滤膜来升级改造现有的一期V型滤池，即在保持处理规模不变的前提下，提高处理后水质，并为二期提高处理水量和水质提供工程依据。
图7 CCK自来水厂膜池平面布置
CCK膜系统于2008年4月建成投产，产水规模为182,000m3/d，只占用了9个滤池中的4个，并把3个滤池改造成配套设备间、药剂间及反冲洗、清洗水箱等，其它2个滤池空间为预留空地，见图7所示。整个膜系统分为8列膜池，每列膜池选用5个ZeeWeed?1000-60M膜箱（并预留1个膜箱空间），总共2400膜组件，设计瞬时最大膜通量为77LMH（所有列运行）和90LMH（1列离线运行），系统回收率为96%。同时采用了虹吸和泵抽吸联合运行模式，即在系统运行初期可利用膜池和清水池的液位差（4.65m）来实现跨膜压差，而当膜污染加剧或者需要增加处理规模时才启动产水泵抽吸产生额外的跨膜压差，所以整个膜系统的能耗仅为0.0178kWh/m3。膜系统处理效果见表4所示。
表4 CCK自来水厂典型膜出水水质 澄清池出水（膜进水） 膜处理后出水
浊度(NTU) 色度 (黑曾单位) 藻类(个/mL) 原生生物(个/m3) 0.9?1.3 4.7?1.6 68?76 3921?5265 < 0.1 < 2 未检出 未检出
3.2 加拿大Lakeview自来水厂
Lakeview自来水厂是目前世界上已运行的最大的超滤膜饮用水厂之一，产水规模为363,000m3/d，2013年将扩建到1,150,000 m3/d。水源水为微污染的湖水，平均浊度为5NTU、TOC为2.7-3.7mg/l，采用臭氧-生物活性炭-浸没式超滤膜组合工艺，于2007年6月建成投产。
图8 Lakeview自来水厂膜池平面布置
整个超滤膜系统分12列膜池设计（平面布置效果见图8），膜系统占地面积900m2，其中膜池占地505 m2。每列膜池选用7个ZeeWeed?1000-96M膜箱，总共7560膜组件，系统回收率为95%，超滤膜出水的浊度<0.1NTU、TOC<2mg/l，并对隐孢子虫、贾第鞭毛虫> 4 log去除率。
3.3 美国Olivenhain自来水厂
Olivenhain自来水厂设计处理量129,000m3/d，建成投产于2000年。处理厂还包括了一套3个膜列的ZeeWeed?500二级处理系统用来处理一级处理中的反冲洗废水排放，这样的设计使得整个处理厂的回收率能够达到99.5%以上。
水库水（典型浊度为0.84-4.9NTU）经过细格栅和加氯消毒后进入ZeeWeed?超滤膜池。通过产水泵使中空纤维膜中产生-6.9到-55 kPa负压，从而把水从超滤膜外过滤出来，然后进入总产水管中。超滤膜出水的浊度<0.1NTU，并对隐孢子虫、贾第鞭毛虫> 6 log去除率，对病毒> 2 log去除率。
膜系统通过间歇曝气和反冲洗保持超滤膜表面的清洁。同时，还包括了一个可变逻辑控制器和相应的用作数据记录的SCADA系统，用来监控整个膜系统，调节泵的转速和阀门的开关，从而保证系统的最优化运行。
这个处理厂一个特有的设计是选用一个与离心鼓风机配在一起的能量回收涡轮和感应电机。这些涡轮可以利用比处理厂高46米、面积约2230平方米的水库的静水压头，通过感应电机把势能转化为电能大大降低处理厂的能耗。 3.4 中国澳门大水塘（MSR）水厂
澳门大水塘（MSR）水厂水源为大水塘水库水，典型水质为：浊度3-10 NTU，CODMn≤ 3.5 mg/l，TOC ≤ 3.2 mg/l，藻类峰值为120 M个/L，平均 35 M个/L。因此采用混凝-Aquadaf ?高速气浮- ZeeWeed?1000浸没式超滤膜工艺。设计处理规模为60,000 m3/d(二期将增加至120,000 m3/d), 浸没式超滤膜系统共设有9列膜池，其中一期为5列膜池，每列膜池选用3个ZeeWeed?1000-96M膜箱，总共1350膜组件，系统回收率为95%。膜系统处理效果见表5所示。
表5 澳门大水塘（MSR）水厂典型出水水质 藻类（个/L） 浊度 (NTU) TOC (mg/L) 隐孢子虫 贾第鞭毛虫 高速气浮出水（膜进水） ≤5000 ≤5 ≤3 N/A N/A 膜处理后出水 > 4.5 log去除率 < 0.1 ≤3 > 4 log去除率 > 4 log去除率
3.5 新加坡Chestnut自来水厂
这是一个强化混凝与ZeeWeed?超滤膜组合工艺处理微污染水源水的案例，处理规模为273,000 m3/d(二期处理规模达478,000 m3/d)。
原有的Chestnut水厂是新加坡最大的自来水厂之一，它采用传统的砂滤工艺。但是Chestnut水厂对满足政府规定的出水水质感到很困难，急需升级目前的设施。因为和一个自然保护区临近，水厂需要用最小的占地面积来升级系统，所以水厂可提供的面积比已有的传统技术所要求的要小很多。
Chestnut水厂工艺流程如图9所示。
水库 细格栅 强化混凝 浸没式 超滤系统 出厂水
清水池 鼓风机 反冲洗泵 供水泵 图9 Chestnut水厂工艺流程
与传统工艺相比，强化混凝-ZeeWeed?膜工艺去除色度和总有机碳(TOC)效率高（典型出水水质见表6），所用絮凝剂量也更低，这也显著地降低了处理浓水的费用。与一般采用产水泵的抽吸方式不同，水厂采用虹吸式的设计形成真空压从而获得过滤后的出水。因为虹吸设计仅依靠膜池和清水池的液位差，所以整个水厂的设计更简单，占地和运行费用（能耗）都极大地降低。
表6 Chestnut饮用水厂典型膜出水水质
浊度(NTU) 色度 (黑曾单位) UV254(cm-1)) 铝 (mg/L) 水库水 5.4 22 0.14 0.1 膜处理后出水 < 0.3 < 5 <0.014 < 0.05
4 结论
使用超滤膜处理饮用水已经越来越普遍，主要是因为有关微生物和浊度的标准越来越严格。技术的进步、成本的降低、增加的专家顾问和终端用户对超滤膜的熟悉程度将会导致超滤膜在大型自来水厂中的应用。同时，基于占地面积、能耗、药耗、配套通用设备与配件数量、系统复杂性及与常规工艺的衔接性、膜使用寿命和产品生命周期成本等综合分析，浸没式超滤膜将是大型自来水厂低压膜法工艺的最佳选择。根据中国的国情，可以预见浸没式超滤膜系统将会在以下领域得到长足的发展和应用：
? 现有滤池的升级改造：提高出水水质和处理规模
? 滤池反冲洗废水的回收利用或高回收率（≥99%）的低压膜系统
? 与现有深度处理工艺相结合，如强化混凝、臭氧、活性炭（包括粉末炭、颗粒炭、生
物活性炭）等的组合应用
参考文献
1 American Water Works Association. AWWA Manual 53: Microfiltration and Ultrafiltration
Membranes for Drinking Water. First edition. Denver: Glacier Publishing Services, Inc., 2005
2 Atassi A., Dunn A.. Design membrane system ancillary equipment: The real challenge to successful
system implementation. AWWA conference, 2004
3 Ratnayaka D.D., Lee M. F., Tiew K. N., etal.. Application of membrane technology to retrofit
large-scale conventional water treatment plant in Singapore. IWA conference, 2008
4 Garcia-Aleman J., Mains K., Farr A.. Integrating 80 MGD of membranes, ozone and biological
pretreatment at Lakeview WTP. AWWA membrane technology conference, 2005
5 Janson A., O'Toole G., Singh M., etal.. A 273,000 m3/d immersed membrane system for surface
water treatment pilot system results and full-scale system design. Seoul: IWA Specialised Conference on Water Environment-Membrane Technology, 2004 罗敏博士：GE水处理及工艺过程处理超滤与膜生物反应器中国区产品经理 通讯处：100004 北京市朝阳区光华路7号汉威大厦西区6层GE 电话：010-65611166 E-mail: min.luo@ge.com