水厂压力式超滤膜处理车间工程设计

超滤膜是指膜孔径为5nm～0.1μm，截留分子量为1000～1000000Da的膜，可以分为压力式和浸没式两种形态。本文将小结已有超滤膜工程流程布置、技术指标、设计参数，并且结合具体工程实例，对压力式超滤膜处理车间设计要点进行归纳和探讨，为今后的设计应用提供参考。1.超滤膜应用现状根据超滤膜截留分子量，是一种精密过滤工艺，一般认为可以替代常规处理中的砂滤池。而超滤膜处理车间单位水量占地略少于砂滤池，许多建造年代较早、用地紧张的净水厂会采用超滤替代砂滤的工艺流程(图1)。如宁波市江东水厂，上海徐泾自来水厂，天津市杨柳青水厂等。图1超滤膜替代砂滤池的工艺流程图国内超滤膜处理工艺并不普及，管理运行经验匮乏，若将超滤膜处理车间代替砂滤池，净水效果无法完全保证，因此，更多工程实例将超滤膜工艺用于深度处理工艺(图2)，如杭州清泰水厂、东营南郊净水厂。甚至将其作为臭氧-生物活性炭处理工艺之后进一步降低浑浊度(图3)，防止生物泄露至清水池的手段，如上海青浦第三水厂，无锡中桥水厂等。图2超滤膜替代深度处理的工艺流程图图3超滤膜用于O3-BAC后的流程图2.技术指标的选择与探讨超滤膜的技术指标主要包括膜通量、水温、回收率和出水水质控制等。一般选择采用压力式超滤膜，是为了追求更好的出水水质。有研究表明超滤膜能有效去除水中颗粒物、胶体、大分子有机物，还能控制细菌等微生物，对控制“两虫”也有较好的效果。现有的工程实践表明压力式超滤膜出水水质一般可以满足浊度≤0.1NTU、“两虫”去除率≥6log、细菌去除率≥4log，病毒去除率≥90%(指标生物一般为大肠杆菌噬菌体MS2)。而若出水水质无法做到上述要求，在现有的价格条件下，采用压力式超滤膜技术意义较小。膜通量是基本的设计参数。其大小直接关系着所需要的膜面积、并影响膜装置的占地和设备的造价。膜通量的选择可以通过中试试验确定，也可以根据现有其他水厂的运行经验进行确定，一般可以为40～80L/(㎡·h)。水温对超滤膜系统运行影响巨大。水温越低，水的黏度就越大，膜通量越小，膜产水越困难。水温直接影响膜通量，进而影响膜装置的产水效率。有研究表明，在20℃基础上，温度每下降1℃，通量约下降2.5%。根据《城镇给水膜处理技术规程》(CJJ/T251—2017)规定，膜处理工艺的正常设计水温不宜低于15℃，最低设计水温不宜低于2℃。考虑各系统设计参数时，一定要考虑水温造成的膜通量的变化对各设备参数选取的影响。压力式超滤膜回收率也是较为主要的技术指标，其决定膜设备的大小水源水的水量。较低的回收率会增加设备的规模及前置构筑物的水力负荷，因此，压力式超滤膜主系统的回收率考虑≥95%。若要保证一定出水规模条件下，前置构筑物的水力负荷的减小，可以考虑将超滤膜处理工艺设置为带回收系统的二级膜处理流程，此时系统设计总回收率可达99.5%。在淡水水源匮乏地区净水厂往往采用二级膜处理流程，以减少原水泵房取水压力。3.系统的组成压力式膜处理设施包括进水系统(进水提升泵、保安过滤器及总管)，过滤系统(膜组件及膜组)，物理和化学清洗系统、排水系统、出水系统(总管及堰)、完整性检测系统、自动控制系统和供电系统,如图4所示。图4压力式膜处理设施系统组成原水经水泵提升后进入超滤系统，超滤进水通过给水泵进入0.1mm的自清洗过滤器后，再进入公共配水母管，通过流量控制阀进入各个处理膜组。排水系统是指反冲洗水经膜系统内部回收利用后，废水排放系统。废水可直接排入厂区雨水系统，也可进入水厂其他回用水系统统一利用。膜系统包含配套自动清洗系统，其中包括空气擦洗，水反冲洗，维护性和恢复性化学清洗。空气擦洗系统主要包括鼓风机和配套管配件；水反冲洗系统主要包括水泵和配套管配件；化学清洗系统组成具体见4.5节。完整性检测系统是指为了保证膜的完整性而使用的相关监测手段和膜完整性测试。国内的判断方法主要分为在线监测和离线检漏两种方式。净水厂设计一般采用一种在线和一种离线方法最终判断哪个膜组件出现漏损。4.处理车间的布置4.1车间整体布置压力式超滤膜处理车间一般分为如下功能区：提升泵房、过滤系统车间(包括主系统和回收系统)、化学清洗车间、反冲洗泵房、鼓风机房、废液处理井、配电间、控制室和配套水池。应尽可能将膜组件布置在同一楼层内，以减少提升设施和管道负荷，避免能量损耗。管道应尽量采用不锈钢材质，有利于减小膜污染负荷和提高出水水质，从而延长膜系统的使用寿命。化学清洗车间应靠近过滤系统车间，配电间则应靠近用电量较大的提升泵房。清洗车间和配电间对层高要求较低，可考虑临近布置，减少辅助系统所在建筑高度，既减少造价也利于建筑外形美观。配套水池在场地不足条件下可以考虑下叠至其他车间下方，人孔、通气及溢流设施布置原则同其他下叠水池。由于膜出水的富余压力较大，在进行出水渠道和水池结构设计时