低水温条件下饮用水处理工艺超滤膜中试研究

书１６给水排水Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．２２０１４低水温条件下饮用水处理工艺超滤膜中试研究杨晓峰１王玉国１王小２刘文君２（１大庆油田水务公司，大庆市１６３４５３；２清华大学环境学院，北京１０００８４）摘要超滤膜过滤是提升饮用水水质的有效手段，但在我国高纬度（低水温）地区的应用仍然十分匮乏。多家企业参与的超滤膜中试结果表明，以传统砂滤池出水为原水，膜过滤出水的浊度能基本维持在０．１ＮＴＵ左右。膜过滤出水中颗粒物数受所使用的超滤膜产品的性能影响很大，其中大于３μｍ的颗粒物数中位数为６～９００个／ｍＬ。若采用压力式过滤方式，即便水温低至１℃，多数膜组件的膜过滤通量能维持在５５～７５Ｌ／（ｍ２·ｈ）。膜污染速率与超滤膜特性关联很大，不同超滤膜产品之间可以相差１个数量级（或以上）。关键词饮用水处理低水温超滤膜过滤膜污染膜通量随着膜性能的不断提高、膜成本的持续下降以及人们对高品质水需求的提升，以超滤（ＵＦ）为代表的膜技术在饮用水处理工艺中正在得到越来越广泛的应用［１～５］。超滤的主要目的是代替传统砂滤，起到截留颗粒物质（包括微生物）和部分胶体物质的作用。有时，超滤也作为反渗透（ＲＯ）的前处理工艺，起到保护反渗透膜的作用。据不完全统计，截至２０１２年底，我国已在山东东营、江苏无锡、台湾高雄、浙江杭州等地兴建和运行了多座１０万ｍ３／ｄ以上（含）规模的超滤膜处理系统［６～８］。大庆油田为提高饮用水水质，正在对４座总处理规模为２３万ｍ３／ｄ的自来水厂进行升级改造。在传统处理工艺（混凝—沉淀—砂滤）之后增加臭氧—生物活性炭单元和超滤单元，工程预计２０１３年底竣工。该膜工艺与以往在我国其他自来水企业的应用情况不同，由于大庆处于高纬度地区，同时采用地表水（嫩江引水）为水源，低水温期持续时间长是其最大特点。根据监测数据，每年１１月２０～２５日开始封冻，至次年４月２０～２５日开湖，有６个月时间传统砂滤滤后水水温持续在１０℃以下（见图１）。封冻期和开湖期是冰水混合物的冰凌期，水温最低为１℃左右。水温越低，水的粘度越大，膜过滤难度就越高，同时膜污染特性也可能发生较大变化［９］。由于这是我国首次在高纬度地区一次性大规模地在饮用水处理流程中增加膜过滤工艺，目前尚无工程可供借鉴和参考。因此，为了保证工程建设的图１砂滤池滤后水水温常年监测结果顺利实施以及保障处理流程的顺利运行，大庆油田水务公司于２０１１年，在国内发出超滤中试邀请，采取自愿的方式，为超滤膜制造商或集成商提供中试条件，开展了为期半年的中试研究，目的是初步掌握国内有实力的超滤膜制造商和集成商的基本情况，以及各种超滤膜对砂滤低温水处理的工况条件。大庆油田饮用水深度处理工程项目部正式成立后（以下简称项目部），２０１２年按照工程招标要求，为筛选符合当地水源特点和处理水质要求的超滤膜产品，确保最低水温条件下，达到处理量２３万ｍ３／ｄ的过滤膜通量值，又组织了第二次超滤中试。为公平、客观地评价膜的性能，项目部对试验装置进行了标准化设计，并编制了试验方案、过程管理要求及试验评定标准。１材料和方法１．１中试简介共有６家企业参与了中试。在整个试验期内，所有中试装置采用统一的进水，即传统工艺流程中给水排水Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．２２０１４１７的砂滤池滤后水。各参试方的试验装置于２０１２年２月底陆续入场。经过现场调试后，中试于２０１２年３月份正式统一启动。本文重点介绍３月初至５月底的试验结果。在３月中上旬，进水水温维持在５℃左右；３月下旬至４月上旬，水温持续下降至１℃；４月中旬至４月底，水温持续上升至１０℃以上；在整个５月份，水温大都在１０～１５℃。１．２试验要求１．２．１装置配置要求试验装置按照功能及管理要求，实行标准化配置设计，工艺仪表配置要求见图２。图２试验装置工艺流程示意１．２．２管理要求为保证试验过程的公正、客观，对试验过程中的人员控制、低温通量值确认过程、现场管理、数据采集及关键运行参数等方面进行了统一强制性要求。１．２．２．１现场试验要求中试过程由项目部、试验方和现场监督组三方共同完成。对现场试验人员要求如下：（１）实行早签到制度，现场全天候视频监控。（２）现场试验人员定时对各装置进行数据采集和运行状态记录。（３）对装置进行操作时，需要试验方以书面申请的形式提交项目领导小组和现场监督组，待审核后方可进行。１．２．２．２低温通量值确定过程（１）最低温通量值初步确认。试验装置完成系统调试后，各试验方须确定装置的最低温通量值，即为本方正式投入试验运行的通量运行值，并向项目部提交本方最低温运行通量申请函。（２）对低温通量值的调整。低温通量作为本次中试的重要试验参数，为保证确定出的通量值更加合理，在正式投入试验采集数据的前３ｄ内，允许试验方根据系统运行状况调整１次。（３）最低温通量值的确定。在正式投入试验的第４ｄ，试验方以低温运行通量确认