超濾技術(shù)是去除水中懸浮物、原水動物、細(xì)菌、病毒和部分膠體的過濾方法.這一技術(shù)是保證飲水

安全的重要手段之一 , 特別是在避免賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲對飲水安全的威脅方面, 超濾技術(shù)更有著不可替代的重要作用.然而, 由于人們對超濾技術(shù)缺乏認(rèn)識和價格等方面的問題, 超濾在中國自來水領(lǐng)域的應(yīng)用還剛剛開始, 經(jīng)驗還較為缺乏.與此同時, 超濾技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域卻已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用和普遍接受, 自2007 年起絕大部分以XX水為水源的除鹽系統(tǒng)均使用超濾作為反滲透裝置的預(yù)處理.本文報道了較大型超濾處理XX水長期運行經(jīng)驗, 希望為超濾在飲用水方面的應(yīng)用提供借鑒.另一方面, 進(jìn)口產(chǎn)品壟斷中國超濾膜市場的時代已經(jīng)完結(jié), 多個優(yōu)秀民族品牌的超濾膜產(chǎn)品已經(jīng)脫穎而出.在此影響下, 超濾系統(tǒng)的噸水造價也已明顯降低.對于大型超濾系統(tǒng), 預(yù)期壓力式膜裝置每天噸水投資可以控制在120 元人民幣以下.超濾膜系統(tǒng)價格的降低將使超濾技術(shù)在大型自來水制造領(lǐng)域獲得更高的競爭力.

1 　工程概況

XX集團(tuán)于XX年始建一期熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠, 其中鍋爐補給水采用經(jīng)過簡單沉淀的XX水為水源.一期工程水處理工藝為多介質(zhì)過濾器+活性炭過濾器+反滲透+離子交換器.2003 年籌建二期熱電廠時, 水處理設(shè)備招投標(biāo)技術(shù)方案仍然沿用了一期工藝.在招投標(biāo)技術(shù)討論時投標(biāo)單位之一首次提出應(yīng)該增加超濾裝置并取消活性炭過濾器.經(jīng)過調(diào)研和論證得出以下結(jié)論:( 1) 當(dāng)時大多數(shù)使用多介質(zhì)過濾器+活性炭過濾器作為反滲透預(yù)處理的XX水處理系統(tǒng), 反滲透裝置均不能長期穩(wěn)定運行,主要原因是XX水中的大量膠體物質(zhì)無法用這一預(yù)處理工藝去除;( 2) 活性炭過濾器經(jīng)短時間運行即達(dá)到吸附飽和, 此后則對反滲透系統(tǒng)有害無益;( 3)雖然當(dāng)時尚無超濾處理XX水的大型工程實例, 但是超濾的使用至少可以明顯減低反滲透的運行壓力, 為穩(wěn)定生產(chǎn)提供進(jìn)一步的保障;( 4) 增加超濾裝置并取消活性炭過濾器投資費用也接近持平.因此,總體水處理工藝變更為多介質(zhì)過濾器+超濾+反滲透+離子交換器.

2 　工藝流程及設(shè)計參數(shù)

2 .1 　系統(tǒng)設(shè)計

超濾裝置由6 個單元組成, 6 個單元采用母管并聯(lián).整套超濾系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)量為每天10 080 t .系統(tǒng)占地為14 m ×3 .3 m =46 .2 m2 .設(shè)備竣工照片如圖1 所示.

2 .2 　設(shè)計參數(shù)

系統(tǒng)采用超濾膜組件84 支, 每支膜面積40m2 , 單位膜面積平均水通量為125 L/( m2 · h) .運行瞬時通量為135 L/( m2 · h) .設(shè)計反洗周期每60 min 反洗一次.反洗過程中加入次氯酸鈉殺菌, 用以控制超濾膜中細(xì)菌和微生物的滋生.設(shè)計錯流濃水流量為每單元20 m3 /h ., 大部分錯流濃水流回到多介質(zhì)過濾器給水泵之前, 濃水排放流量為每單元1 .7 m3 /h .超濾反洗使用反滲透濃水.超濾系統(tǒng)水利用率為97 .7 %.設(shè)計化學(xué)藥洗周期為180 天, 用以去除超濾膜在運行中受到的頑固膠體污染和生物污染, 恢復(fù)膜性能.

3 　運行參數(shù)的優(yōu)化

3 .1 　運行通量

本工程在投運后前36 個月運行通量一直控制在125 L/( m2 ·h) , 化學(xué)藥洗周期大于等于6 個月.運行跨膜壓差0 .06 ～ 0 .08 MPa, 系統(tǒng)穩(wěn)定運行.2008 年1 月, 熱電系統(tǒng)整體增容, 此后超濾供水壓力減低, 運行人員主動將該超濾系統(tǒng)出水削減至65 L/( m2 · h ) .此時運行跨膜壓差下降至0 .03 ～ 0 .04 MPa, 并一直穩(wěn)定至今.

3 .2 　超濾水利用率

在更換聚砜超濾膜后進(jìn)行了超濾膜產(chǎn)水率優(yōu)化實驗.其中比較了排水量與反洗周期的變化.實驗證明, 將全部錯流濃水回用并不影響超濾系統(tǒng)的運行.此時超濾系統(tǒng)水利用率為98 .3 %.

3 .3 　反洗周期及程序的優(yōu)化

系統(tǒng)投運時反洗周期設(shè)定為60 min .每次反洗程序為正沖30 s, 上排放加藥反洗( 100 mg/ L 次氯酸鈉) 30 s, 下排放加藥反洗( 100 mg/L 次氯酸鈉)30 s, 上下排放同時反洗30 s, 正沖30 s .單只膜的反洗強度為12 .5 m3/h .在選擇和優(yōu)化反洗周期時主要考察反洗前后單套超濾膜組件跨膜壓差( TMP ) 變化.在產(chǎn)水量不變前提下, 反洗前后跨膜壓差變化小于等于5 %為宜.目前反洗周期為每產(chǎn)360 m3水反洗一次( 連續(xù)運行約100 min) , 每次反洗程序保持不變.這一優(yōu)化可以提高水利用率0 .3 %.

3 .4 　化學(xué)藥洗周期

化學(xué)藥洗在系統(tǒng)產(chǎn)水量不變, 跨膜壓差增加15 %時進(jìn)行.實際運行中雖系統(tǒng)跨膜壓差增加不足15 %, 仍然每6 個月也進(jìn)行一次維護(hù)性化學(xué)藥洗.

3 .5 　完整性檢驗

自動完整性檢驗系統(tǒng)可以對超濾系統(tǒng)定期做完整性檢驗.方法是:打開產(chǎn)水閥門, 關(guān)閉給水閥門, 向給水系統(tǒng)中加入壓縮空氣, 氣壓到達(dá)0 .10 MPa 后自動關(guān)閉氣閥;系統(tǒng)中安裝的壓力變送器將給水側(cè)氣體壓力傳送到DCS 記錄和分析;2 min 氣壓損失超過5 %的系統(tǒng)需要進(jìn)行人工完整性檢驗, 找出需要修補的超濾膜組件.人工完整性檢驗時, 打開超濾產(chǎn)水排放閥門, 關(guān)閉給水閥門, 向給水側(cè)加入壓縮空氣, 到達(dá)指定氣壓后通過調(diào)整壓縮空氣加入量維持進(jìn)水側(cè)壓力在指定壓力;觀察每支超濾膜組件頂部產(chǎn)水管上安裝透明管中是否有氣泡逸出.有氣泡逸出的超濾膜組件需要離線修補.實際運行中每周進(jìn)行一次完整性檢驗.每天測定產(chǎn)水SDI 值也可以間接檢測超濾系統(tǒng)的完整性.

4 　運行結(jié)果與討論

4 .1 　超濾膜材料和膜組件結(jié)構(gòu)的影響

本工程提供了在同樣水源, 同樣工藝和同樣水通量前提下兩種膜材料的比較.實踐中的確發(fā)現(xiàn)不同材料的膜組件表現(xiàn)出不同的性能, 特別是在膜的壽命方面差別明顯.該項工程于2004 年底投入運行, 當(dāng)時采用了價格具有較高競爭力的聚氯乙烯( PVC) 超濾膜.超濾系統(tǒng)處理效果在初期非常理想.然而, 超濾系統(tǒng)在運行6 個月后出現(xiàn)大量“ 斷絲” 問題.膜組件解剖研究中發(fā)現(xiàn)超濾膜并未“ 斷絲”, 膜組件失去完整性是“ 膜破損” 的結(jié)果.由于“ 膜破損”數(shù)量較多和持續(xù)增加, 在投產(chǎn)9 個月后將全部超濾組件更換為新的PVC 超濾膜.然而在更換新超濾膜3個月后, “ 膜破損” 問題再次出現(xiàn)并持續(xù)增加.2006 年3 月, 經(jīng)供需雙方協(xié)商將全部超濾膜更換成改性聚砜材料( mPS) 的新型超濾膜組件.此后至今57 個月中超濾系統(tǒng)穩(wěn)定運行, 水質(zhì)和水量完全達(dá)到設(shè)計和生產(chǎn)要求.雖然聚砜膜材料( PS ) 價格高于聚氯乙烯( PVC) 膜材料十幾倍, 但是聚砜膜組件的價格僅僅高于聚氯乙烯膜組件約30 %.從本工程膜壽命來看, 聚砜材料超濾膜具有明顯的優(yōu)勢.膜材料是影響膜產(chǎn)品性能的關(guān)鍵因素.同時制膜方法和膜組件集成技術(shù)等眾多因素也明顯影響膜組件的壽命.比如, 膜絲在澆筑層附近變得很脆, 這部分膜絲的保護(hù)對膜組件的壽命也至關(guān)重要.對于反滲透預(yù)處理, 超濾系統(tǒng)的污染指數(shù)( SDI) 值尤為重要.這一指標(biāo)與水中細(xì)微懸浮物和膠體的總量相關(guān)聯(lián).這一指標(biāo)的降低也標(biāo)志著水中微生物和微生物碎片的濾除.一般地說, 超濾膜截留分子量越小, 產(chǎn)水的這一指標(biāo)也越低.當(dāng)然, 當(dāng)膜組件發(fā)生斷絲時, 這一指標(biāo)會明顯上升.使用PVC 超濾膜組件時, 在原水中添加絮凝劑, 投運前3 個月內(nèi)SDI 值在1 .3 ～ 2 .0 之間, 此后逐漸增加, 投運6 個月時增加到4 .2 .此時發(fā)現(xiàn)膜破損問題.使用PS 超濾膜組件時, 在原水中添加絮凝劑前提下, SDI 值僅為0 .5 ～ 0 .9 .兩種超濾膜產(chǎn)水SDI 值的差別應(yīng)該與兩種超濾膜截留分子量的差別有關(guān).為了節(jié)省運行成本, 在更換為mPS 超濾膜后大部分時間停止添加絮凝劑, 此時產(chǎn)水SDI 值隨給水水質(zhì)有所波動, 但一直保持≤2 .0