超濾技術在我國給水廠中的應用

袁琳

摘要：面對目前水質污染加劇而水質標準提高的嚴峻局面，超濾膜由于具有獨特的技術優點,在飲用水處理中的應用的越來越多。本文介紹了超濾技術及其組合技術，并探討了壓力式超濾技術在給水廠中的應用。

關鍵詞：超濾技術；給水廠；壓力式超濾

中圖分類號： S276 文獻標識碼： A

一、超濾技術

超濾是一種壓力驅動的膜分離過程，主要由篩除機理去除水中雜質，在壓力作用下，水從高壓側透過膜到低壓側，水中大分子及微粒組分被膜阻擋，水逐漸濃縮后以濃縮液的形式排出。超濾適用于分離大分子物質、膠體、蛋白質，所分離溶質的分子量下限為幾千，所分離組分孔徑范圍0.001～0.05μm，有效地去除了水中的懸浮物、膠體、有機物等雜質，是替代活性炭過濾器和多介質過濾器的新一代預處理產品。超濾膜的類型主要有平板超濾膜、管式超濾膜、毛細式超濾膜、中空纖維超濾膜和多孔超濾膜。超濾膜的材料又可以分為有機高分子材料和無機材料兩大類，有機高分子材料主要有醋酸纖維素、聚丙烯、聚酰胺和聚砜，也可采用聚醚砜、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯。無機材料主要有陶瓷、金屬、玻璃、硅酸鹽以及碳纖維。超濾技術的操作壓力低，設備投資費用和運行費用低，無相變，能耗低，可有效分離水中的懸浮物、膠體、有機物等雜質，但對金屬離子沒有任何的去除能力，對小分子量有機物的去除能力較低。

二、超濾組合工藝

超濾膜截留的分子量比較大，去除溶解性的有機物、金屬離子、溶解性鹽以及一些小分子的有機物效果差。所以，更多是采用超濾和其他的工藝的組合工藝來提高對該類污染物質的去除的效果。

（一）PAC—UF組合工藝

PAC—UF的組合技術是目飲用水的處理技術的一個研究熱點。此工藝的優點就是可以把PAC對于低分子有機物的吸附作用和UF對于大分子有機物以及病菌等微生物的篩分作用很好地結合在一起，這在很大程度上提高了有機物的去除率，可以有效減緩膜的污染。錯流過濾和死端過濾在PAC投量相同時，對有機物的去除率相同，但錯流過濾更能延長水與PAC的接觸時間，因此效果更好。

（二）混凝一UF組合工藝

混凝一UF組合工藝能夠提高有機物去除率的原理是：首先，通過混凝作用使小分子有機物形成微絮體、改善了其分離性，這些微絮體通過超濾膜時被截留，從而使水中可凝聚小分子有機物和大分子有機物得到最大限度的去除?；炷坏苡行У娜コ械奶烊挥袡C物，而且能緩解膜污染，混凝無論在錯流過濾模式或死端過濾模式下都可改善膜的滲透性能.而且普通混凝條件比在線混凝效果要好，混

凝一超濾系統的運行效率與混凝劑的投加量、適宜的pH等參數有關。

（三）其他預處理形式與超濾技術聯合工藝

國內有人采用生物陶粒柱-PAC作為超濾膜的預處理工藝來進行試驗。試驗中發現生物陶粒柱可以有效去除濁度以及細菌，從而減輕超濾膜的負荷。同時，生物的陶粒柱-PAC聯合作為預處理可以有效提高有機物的去除效果，并可減輕超濾膜產生的膜污染，維持較高膜通量。國外一些學者把顆?；钚蕴?GAC)和超濾膜組合，利用顆?；钚蕴縼砣コ头肿恿康娜芙庑缘挠袡C物。并且通過實

驗發現因GAC吸附作用及微生物降解作用，可有效的提高水中的有機物的去除率，提高出水的水質。

三、超濾技術在我國給水廠中的應用

（一）工程概況

某給水廠由于周邊需水量大幅增加，濾池過濾能力不能滿足需求。公司決定對該水廠進行改造使過濾能力增加5×104m3/d。

（二）改造試驗

1、試驗

試驗所用原水為西江水，中試試驗系統由混凝沉淀常規處理系統+壓力式超濾處理系統組成。本試驗所采用壓力式超濾系統是國內某廠家生產的中空纖維柱式超濾膜系統，運行參數為：膜通量為80L/（m2·h），連續產水28分鐘后停止產水，清洗2分鐘，之后繼續產水，每天一次維護性清洗。2013年9月18日～2013年11月5日，超濾系統正式運行，每天監測混凝沉淀+壓力式超濾系統的出水水質，同時考察超濾系統的跨膜壓差（TMP）變化、確定化學清洗方式。

2、分析項目及方法

TMP：真空表直接讀數；

濁度：HACH一2100A濁度儀；

顆粒數：HIAC一9703型顆粒計數儀；

CODMn：酸性高錳酸鉀法；氨氮：納氏試劑分光光度法。

3、試驗結果與討論

試驗期間，壓力式超濾系統出水水質：原水CODMn0.72～2.41mg/L，經過混凝沉淀，壓力式超濾系統出水CODMn0.2～1.44mg/L，平均去除率約33.5%；原水氨氮0.071～0.367mg/L，系統出水氨氮0.024～0.16mg/L，平均去除率為35.79%；西江原水濁度為3.26～9.68NTU，壓力式超濾出水濁度為0.026～0.079NTU。試驗系統最終出水達到了《生活飲用水衛生標準》（GB5749一2006）和《飲用凈水水質標準》（CJ94一2005）。

超濾系統TMP變化在正常運行的46天里逐漸增大，從43.5KPa升高至57.0KPa，上升趨勢相對平緩；每個產水周期反洗前后，壓力變化2～6Kpa。用混凝沉淀作為超濾的預處理工藝，緩解了超濾膜污染，超濾膜受到的污染少。

超濾系統TMP于11月4日升高到了56.1kPa，于是對系統進行在線化學清洗。先用HCl浸泡膜絲，同時不斷曝氣抖動膜絲，從而去除膜絲最外面的無機物，然后再用NaClO浸泡膜絲，去除膜表面附著的有機物?；瘜W清洗后，系統TMP從56.1kPa降低到了44.2kPa，因此可知，這種化學清洗方式效果明顯，能有效控制膜污染。

（三）工藝設計

根據試驗研究結果以及工程占地等綜合比較后，確定該水廠建設超濾膜處理系統后的工藝流程如圖1所示。

圖1

1、進水系統

超濾膜處理系統的進水取自平流沉淀池的出水總管，沉淀池出水經新裝的DN800鋼管流至提升泵房前的吸水總管，通過3臺(2用1備)臥式離心泵提升至超濾膜處理車間，在DN800管上設置電磁流量計，對超濾膜處理系統的進水量進行計量。

2、預處理系統

為防止較大的懸浮顆粒對膜絲造成損壞，保證壓力式超濾膜組件的安全運行，在提升泵后設置了4套(3用1備)全自動自清洗保安過濾器作為超濾膜處理系統裝置的前置預處理系統。單套過濾器的流量

為850m3/h，精度為100μm。保安過濾器的清洗可根據壓差或時間設定自動進行，實現不停運清洗。

3、壓力式超濾膜處理系統

壓力式超濾膜采用UF－0615ED外壓式PVDF超濾膜，共11列膜組，每列膜組由80支膜柱組成，膜設計通量為70L/(m2·h)，過濾精度為0.1μm，單列膜組的平均產水量為200m3/h。產水周期為20～60min，出水跨膜壓差＜0.15MPa。膜組采用單氣體吹掃清洗，程序為:氣體吹掃40s，排水40s后進水恢復過濾。

4、化學清洗

膜組件長期工作后，由于有機物或無機物的污染會造成過濾能力的下降，為了恢復膜過濾的能力，需采取必要的化學清洗措施?；瘜W清洗分為維護性清洗與恢復性清洗。維護性清洗周期為3天，恢復性清洗周期為3個月?；瘜W清洗藥劑采用500mg/L的次氯酸鈉加0.2%的鹽酸。在凈水輔助車間旁設置了2個中和池，交替使用，用于還原劑NaHSO3與氧化劑NaClO的中和，以及堿NaOH與酸HCl的中和。

參考文獻

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