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微滤成膜技术在市政供水行业的工程应用

龚旭、王贤、尹高强、聂建林

      摘要:本文通过广西省象州石龙片区30,000 m3/d自来水厂采用微滤成膜处理新工艺工程的介绍,对该工艺设计特点、出水水质与传统工艺等方面进行了比较,并对该工程的运行管理和工艺设计进行了阐述。微滤成膜技术适应于低温低浊、藻类多的水体,填补了超滤和砂滤技术之间的空白。 关键字:微滤成膜 除藻 除浊 低温低浊

      饮用水源污染是当今世界范围所面临的普遍问题,我国长期的粗放型发展方式对水体环境造成很大的破坏。随着人们对饮用水的要求越来越高。中华人民共和国卫生部制定了新的《生活饮用水卫生标准》(GB5479-2006),水质指标由GB5479-1985的35项增加至106项,并修订了81项。新标准的全部指标于2012年7月1日后强制执行,因此对自来水厂提出了更高的要求。
低温低浊水处理一直是水处理领域内备受关注的问题。由于低温低浊水具有温度低、浊度低、耗氧量低、水的粘度大等特点,入冬后自来水厂常常出现混凝剂投药量低不起作用,投药量多处理效果不明显而且处理成本增加的现象[1]。
      我国饮用水源中富营养化程度日益严重,水体中藻类、细菌大量繁殖,严重影响净水厂的安全运行,对饮水安全带来危害。藻类难以混凝,藻类代谢物在混凝过程中与混凝剂发生反应,降低处理效果;藻类细胞密度小,沉淀效果差,也会显著增加给水处理难度;藻类代谢物吸附在胶体颗粒表面,同时也会与水中金属络合而穿透滤池;藻类会粘附在滤池表面,使滤池过滤周期显著缩短,造成滤池反冲频繁。
      因此创新一种新的处理工艺处理以上类似水质的水更是迫在眉睫。针对目前的环境,巴安水务自主研发的微滤成膜技术,是在美国环境保护署得到认可的一种饮用水处理工艺的基础上,结合我国国情研发的一种新工艺。
      巴安水务在2010年4月份在上海市青浦第二自来水厂召开了中试实验成果专家评审会,与会专家一致认为浸没式微滤成膜技术是国内独创的新型给水处理工艺。微滤成膜技术是一种安全、经济、高效、绿色的净水处理工艺,并填补了砂滤及超滤技术之间的空白。市场优势明显,具有重要的推广价值。建议对饮用水进行工程示范研究,早日实现产业化。而广西象州石龙片区自来水厂,就是利用该工艺处理的自来水厂工程并与2014年12月建成投产。

  1. 工程概况

工程根据来水水质主要采用混凝沉淀+微滤成膜工艺技术,采用巴安自主研发的装置,设计产水规模为30,000m3/d并分二期建设,其中一期规模为15,000m3/d,总占地面积约23亩,系统总产水率达到98%。

  1. 原水水质

红水河水的上游水质良好,除下游合山煤矿等个别河段受污染外,是污染较轻的一条河流。上游的部分工业废水和生活污水污染物通过河流携带进入各水电梯级的库区,另有服务设施排放的生活污水主要集中在库区码头附近。库区水产养殖业的增加,特别是高密度的投饵网箱养殖家中了水体中总磷和总氮等营养盐的负荷量,网箱养鱼截留在库底内的总磷、氨氮,腐烂沉底的芙蓉莲营养物质及有机物的释放。农田地表流侵蚀、江水等面源带来的污染;库区水土流失,将大量营养物质带入库区,加剧了梯级的富营养化趋势。在芙蓉莲密集的地方水体发臭,肉眼可见小米粥状的藻类[2]。尤其在春末夏初洪水期,会造成藻类大爆发,而浊度最大值可达到500NTU左右。
3.工艺设计
3.1 工艺流程
工艺流程如下图1所示。            
图1 象州石龙片区30,000m3/d微滤成膜工程工艺流程

原水由取水泵房内的原水泵从红水河吸水井通过投加PAC和次氯酸钠药剂输送至混合折板反应沉淀池,然后通过微滤成膜装置把过滤水送入清水池,最后通过对外供水泵送入自来水管网。沉淀池和微滤成膜的排泥经过脱水后外运填埋。
3.2 工艺特点
3.2.1 微滤成膜的过滤机理
微滤成膜是一种新型装置,它将粉末状的硅藻土通过水力学的办法,均匀的铺设在过滤器滤布表面作为过滤介质,形成一层过滤膜,由此截留水中的悬浮物颗粒、藻类和其他微生物、细菌等,使过滤后的水达到饮用水标准。
微滤成膜的过滤机理为:
1)网捕作用(或截留作用) 
硅藻土颗粒像筛子一样物理截留悬浮颗粒,悬浮颗粒不能穿过滤料间空隙。大部分悬浮颗粒在过滤介质表面被截留。
2)深度效应
介质空隙网罗作用。
3)吸附作用  
当颗粒穿过滤料,颗粒受范德华力或其他相似的电磁力作用而被吸附在介质颗粒或被沉积的颗粒表面。
3.2.2微滤成膜工艺流程
微滤成膜工艺的一个完整的运行周期分为三个阶段:

  1. 预涂膜

将硅藻土在铺膜箱中配成预铺膜滤液,用铺膜泵将预铺膜滤液打入滤池中,部分硅藻土被截留在滤布表面形成架桥现象,部分硅藻土随水回到铺膜箱中,随着硅藻土在滤布表面逐渐架桥形成滤膜,后续预铺膜滤液中的硅藻土被滤膜不断截留,直至出水浊度降低至0.5NTU一下,预涂膜完成。

  1. 过滤

在过滤阶段,原水中的悬浮物、胶体颗粒、藻类、细菌、病毒以及大分子有机物在通过预铺膜层时被硅藻土截留,水流通过滤膜层的水头损失也同时提高。为了防止预涂膜表面很快被堵塞、减缓水头损失的增长速度、延长过滤周期,需在过滤的同时连续向滤池中补加硅藻土,其作用是起到连续不断更换滤层,保持滤层的通透性。

  1. 冲洗

当滤池的阻力达到设定值时,开启压力冲洗水,将失效的硅藻土完全从滤布表面脱落下来,开始下一轮过滤。
3.3 出水水质
本工程在水源水质正常情况下,浊度仅为5~10NTU,原水只通过微滤成膜装置过滤,出水水质完全达到《生活饮用水卫生标准》(GB5479-2006)要求。而混合折板沉淀池作为洪水期投运的装置。
3.3.1 浊度
2 工艺流程出水浊度变化情况
图2是微滤成膜进出水的浊度对比,原水中浊度在5~10NTU。经微滤成膜设备后浊度可以稳定维持在0.05~0.10NTU,装置最优稳定运行周期达到48.9h。
3.3.2 藻类

3 工艺流程出水藻类数量变化情况
图3是微滤成膜进出水的藻类值对比,原水中检出的藻细胞总量为4.51×104个/L。原水中藻类主要有蓝藻门、硅藻门、绿藻门、金藻门等。经微滤成膜设备后仅检测出的藻类是硅藻门,数量为1143个/L。可以得出微滤成膜工艺对蓝藻门、隐藻门、绿藻门、金藻门藻类去除较好,对藻类的整体去除率达到97.5%。
3.3.3 有机物

4 工艺流程出水有机物变化情况
图4是微滤成膜进出水的有机物含量对比,从图上数据可以核算出对CODMn去除率20~40%左右,完全满足《生活饮用水卫生标准要求》 (CODMn≤3mg/L);微滤成膜对CODMn的有一定的去除效果。
4. 结论
象州石龙片区自来水厂一期15,000m3/d微滤成膜处理工程投运一年多来,系统运行稳定,经过微滤成膜装置处理后,出水水质优良并符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006中的相关标准,其中浊度在0.075NTU完全优于标准,大肠杆菌群数未检出,实践证明了混凝沉淀+微滤成膜工艺在工程中的应用是可行的。这彻底改变了当地居民和企业担心水质和水量得不到保证而用水桶储存水的习惯,极大地提高了人民的生活质量。
微滤成膜工艺是国内独创的新型水处理工艺,为较难处理的含有藻类、低温低浊水处理提供了新思路。避免了投加药剂产生的残留物及衍生物危害。微滤成膜自动化程度高、占地面积小,必将为保障饮用水安全起到重要作用。
参考文献:
[1] 卓文,龙银慧.低温低浊水处理[J].广西轻工业,2008,24(4):77-79.
[2] 吴利桥,葛晓霞.河流特征水污染污染物筛选技术要点.2014年第三期,人民珠江

 

                                                                

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