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自来水厂中超滤膜的应用

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摘要:

超滤技术能够有效消除饮用水中的颗粒、浊度、病毒以及病原微生物等,降低自来水COD,并减少水中的消毒副产物。超滤膜具有良好的除浊功能和良好的灭菌作用,试验采用浸没式超滤膜,设计不同膜通量、曝气风量等运行工况,试验比较膜产水率、膜运行压力、运行能耗、出水水质等,为后续自来水厂升级改造提供技术参数。自来水厂升级改造工程中选用浸没式超滤膜技术,膜系统能耗较低、产水浊度<0.1NTU,产水水质稳定,符合生活饮用水卫生标准要求。

关键词:

自来水;超滤膜;膜通量;产水水质

生产与生活排放的污染物越来越多,导致我国水源水质日益恶化,我国地表水源、地下水源普遍存在有机污染、重金属污染,如果水源被重金属离子和有机化合物所污染,传统工艺显得力不从心。随着生活水平的提高,同时生活饮用水水质标准大幅提高,开发适用于我国经济现状、安全可靠、高效的新型饮用水处理技术具有重大的社会和经济意义。超滤工艺可以有效地将原水中的大分子、胶体、蛋白质、微粒等去除,可降低后续消毒加氯量,减少消毒副产物的生成量[1-5]。浸没式超滤系统具有占地面积小,施工周期短,产水水质稳定等特点[6,7]。宏畔自来水厂隶属杭州余杭水务有限公司,制水能力13万m3/天,主要负责临平、塘栖和崇贤区域的日常供水。自来水厂原水水质有波动,出水水质不稳定。为了进一步保障饮用水水质安全,拟通过膜出水通量、膜出水水质、跨膜压差大小、膜组件运行能耗等相关技术经济指标来选择性价比合适的膜组件运行工况。采用浸没式超滤膜中试装置平台,进行自来水处理工艺试验,设计出水水质达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求。

1.试验材料与方法

1.1试验装置

试验采用浸没式中空纤维超滤膜,技术参数如下:组器尺寸:L×B×H=680×154×2407mm膜片数:3片单片膜面积:25m2膜总面积:75m2型式:帘式膜孔径为0.02~0.04µm膜材质:增强多材料改性复合膜自来水厂砂滤出水通过提升泵,进入超滤膜池,经浸没式超滤膜组器处理,采用抽真空系统在产水管内形成负压,利用虹吸原理使膜池清水区的原水透过中空纤维膜丝,收集到产水管中。浸没式超滤附属设备由进水及产水单元、气擦洗、水反洗单元及化学清洗单元组成,每一个子单元由相关的设备、阀门、仪表、管道管件组成。超滤产水进入产水桶,顶端溢流排放,产水用于超滤膜反洗。

1.2试验方法

通过超滤膜处理自来水试验,对膜出水通量、出水水质、膜运行压力、膜组件运行能耗等相关指标来选择比较合适的膜运行工况,为后续自来水厂升级改造提供技术参数。采用浸没式超滤膜技术,设计不同膜通量、曝气风量工况下运行,产水为负压抽吸式,反洗周期1h,维护性清洗周期15d。1.3试验水质试验以自来水厂砂滤池出水为原水,超滤进水水质有一定的波动,设计出水水质指标要求符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。 

2.结果与讨论

2.1超滤膜日产水量与产水率

中试试验超滤膜清洗周期为15d,分别设置超滤装置在通量30LMH、40LMH、50LMH不同工况运行。日产水量变化曲线如图2所示,产水率变化如图3所示。通量30LMH时,日产水量为54.0~57.7m3/d,均值为55.0m3/d,产水率达95.3%;通量40LMH时,日产水量为71.6~75.5m3/d,均值为72.7m3/d,产水率达96%;通量50LMH条件下,日产水量为88~92.3m3/d,均值为90.8m3/d,产水率为96.6%。由运行结果可知,日产水量与膜通量成正比,在不同的设计运行通量下,产水率均能达到95%,膜通量增加,产水率会略增加,通量40LMH、50LMH时膜产水率大于96%。

2.2运行能耗

不同膜产水通量下,曝气风量如图4所示,对运行过程中的电耗进行比较如图5,30LMH、40LMH及50LMH,3个运行通量下的产水能耗分别为0.084kWh/m3,0.075kWh/m3和0.073kWh/m3。膜产水通量增加,相应的曝气风量增加,40LMH及50LMH运行通量,产水能耗较接近。自来水厂在系统改造时,超滤膜系统经过设计优化,控制膜池液位,曝气风机、抽吸水泵等采用节能设备,运行能耗比中试阶段吨水能耗低,产水能耗可降低至0.06kwh•m3。

2.3膜运行压力

超滤膜反洗周期15d,比较清洗周期内不同产水量下膜运行压力的变化情况,由图6可知,产水通量为30LMH时,浸没式超滤膜运行产水压力15~20kPa。产水通量为40LMH时,膜运行产水压力20~25kPa。产水通量为50LMH时,膜运行产水压力25~32kPa。产水通量上升,浸没式超滤膜运行压力明显上升,膜通量过大,导致膜面污染物的积累,膜组件维护清洗周期缩短,控制膜产水压力平缓,有利于超滤的稳定运行。

2.4超滤膜处理出水水质情况

产水通量为30LMH时,超滤膜产水CODMn约1.7mg/L,浊度约0.05NTU;产水通量为40LMH时,超滤膜产水CODMn约1.3mg/L,浊度0.06~0.1NTU;产水通量为50LMH时,超滤膜产水CODMn约1.6mg/L,浊度0.1~0.15NTU。不同运行工况下,出水氨氮含量小于0.05mg/L,总铁、锰低于检测限,亚硝酸盐含量小于0.001mg/L,菌落总数小于1CFU/mL,大肠菌群均未检出,出水pH值7~7.5。浸没式超滤膜过滤精度高,平均膜孔径:0.02~0.04µm,超滤出水在CODMn、浊度、颗粒物及细菌总数等方面都达到了良好的处理效果。

3.结论

采用浸没式超滤膜应用于自来水处理,通量下,产水率均能达到95%。膜通量40LMH,清洗周期15d,内膜运行压力稳定,膜产水压力为20~25kPa,膜性能易于恢复。产水通量上升,浸没式超滤膜运行压力明显上升。浸没式超滤膜膜通量40LMH,产水能耗0.075kWh/m3,通过超滤膜系统经过设计,自来水厂改造运行产水能耗可降低至0.06kwh•m3。浸没式超滤膜处理,出水水质稳定,出水浊度基本不受进水水质波动的影响,出水在CODMn、浊度、颗粒物及细菌总数等方面都达到了良好的处理效果,提升了自来水水质。综合分析,采用增强多材料改性浸没式超滤膜组件,设计膜通量40LMH、曝气风量25m3/h,反洗周期1h,维护清洗周期15d,应用于自来水厂技术改造及出水水质升级处理,具有技术经济可行性。

参考文献:

[1]张玲玲,顾平.微滤和超滤膜技术处理微污染水源水的研究进展[J].膜科学与技术,2008,28(5):103~109

[2]刘鹤,李永峰,程国玲.膜分离技术及其在饮用水处理中的应用[J].上海工程技术大学学报,2008,22(1):48~53

[3]高大林,刘晓沙.微滤膜与超滤膜:究竟有何不同[J].膜科学与技术,2005,25(4):85~88

[4]黄英,王利.水处理中膜分离技术的应用[J].工业水处理,2005,25(4):8~11

[6]孙丽华,李星,杨艳玲等.浸没式超滤膜运行中膜污染控制方法试验研究[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版),2009,25(6):664~668

[7]李圭白,杨艳玲.超滤-第三代城市饮用水净化工艺的核心技术[J].供水技术,2007,1(1):1~4

作者:孙赛玉 刘建军 李波涛 王维新 杨玉娟 单位:江苏碧水源环境科技有限责任公司

城镇供水杂志责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次
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