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超滤技术在市政给水厂升级改造工程中的实践与应用

2024-06-26 103 上传者：管理员

摘要：为提高市政给水厂净水工作能力，加强城市居民的用水安全，将以超滤技术为例，结合实际案例对超滤技术在水厂改造设计中的应用进行研究。结合案例给水厂实际情况设计浸没式超滤膜系统，并对全工作过程涉及的重要环节进行阐述，明确各模块的设计要点，通过案例工程试运行后的实际情况可知，所提方法具有良好的使用效果，可为相关工程提供参考帮助。

关键词：
升级改造工程
市政给水厂
水处理
清洁水源
超滤技术
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在面临日益增长的清洁水源需求和环境保护压力的当下，市政给水厂升级改造工程越来越重视采用先进的水处理技术。超滤技术作为一种高效的物理分离技术，因其卓越的出水水质和经济的运行成本而受到广泛关注。本文将探讨超滤技术在市政给水厂升级改造中的实践应用，重点分析其对提升出水水质和操作便利性的影响，以及在现代城市供水系统中的重要性。

1、A给水厂超滤膜车间设计

A给水厂是A市重要的生活用水来源水厂，为进一步提高水厂的水处理能力，优化城市供水的整体质量，计划对原有净水工艺进行优化改造，预计优化设计的浸没式超滤膜系统能够实现产水能力达到30×104m3/d。除浸没式超滤膜系统优化设计之外，改造还包括真空系统、膜池以及其他的辅助车间。改造总流程如图1所示。

1.1 A给水厂的超滤膜池设计

A水厂的超滤膜池设置在室外，整个膜池的设置平面大小约为2 550 m2，结合水厂实际需求膜池共设置2排16格，并且每排均设有独立的进水渠以及清洗设备，单格面积可达57.02 m2，预计设计膜池的储水水深为3.85 m。膜池内的净化水将以自流的方式进入下一环节，设置膜池与下一环节的液位差为3 m，使用虹吸产水设计将产水引入清水池，若膜设备长时间运行后出现污染严重的情况，管理人员可借助降低产水渠液位的方式，加强膜池与产水渠间的虹吸能力。

1.2浸没式超滤膜系统设计

案例工程设计的浸没式超滤膜系统因在原有净水系统的基础上进行改造，所以整个净水系统还包括原有部分净水模块，例如抽真空系统以及反洗系统等。本设计使用的是一级膜过滤系统，所有子系统的回收率均能够达到99%以上，系统工作流程如图2所示。

图1改造总流程

图2浸没式超滤膜系统净水工作流程

改进设计的超滤膜系统总有16格膜池并且每个膜池内均设置有12组超滤膜设备（由帘式膜元件组成），所有的膜材质均使用PVDF材料。预计改进设计完成后的单格膜池实际产水量能够达到1.865×104m3/d。膜池使用的超滤膜名义通量约为23.38 L/（m2·h）强制通量约为27.55 L/（m2·h），控制方法为自动气动调流阀控制，内壁部分使用玻璃纤维布进行常规防腐操作。

1.3各子系统设计

1.3.1进水系统

超滤技术在市政给水厂的升级改造工程中发挥着至关重要的作用。进水系统是超滤处理过程的第一步，其主要任务是将原水通过预处理过程去除大部分悬浮物质、颗粒物和部分微生物，为后续的超滤过程创造良好的条件。系统原理上，进水系统通常包括粗滤、加药（如混凝剂、p H调节剂等）、絮凝、沉淀和砂滤等步骤。使用材料方面，进水系统多采用不锈钢或其他耐腐蚀材料制成的管道和容器，以及特定的过滤介质（如石英砂、活性炭等）。净水流程从原水的采集开始，经过上述多个预处理步骤后，水质得到初步的改善，为超滤系统的高效运行打下基础。

1.3.2抽真空系统

抽真空系统在超滤技术中扮演着关键角色，主要用于产生足够的跨膜压差，促使水分子通过超滤膜而将悬浮物、细菌、病毒等截留在膜表面。系统原理基于真空泵的使用，通过减少过滤器一侧的压力来增加水流通过超滤膜的动力。使用材料通常包括耐腐蚀的管道、连接件和真空泵等。净水流程中，抽真空系统的有效运行保证超滤过程的连续性和稳定性，有效提高了水质的安全性和净化效率。

1.3.3产水系统

产水系统是超滤技术中的最终阶段，目的是收集经过超滤膜处理的净化水，并进行适当的后处理（如消毒），以满足出水水质标准。系统原理上，产水系统利用超滤膜的选择透过性，只允许水分子和部分小分子物质通过，从而实现深度净化。使用材料方面，产水系统多采用食品级管道和储水罐，确保水质不受二次污染。净水流程完成后，所得的净化水可以直接供应市政给水，或用于其他特定需求，如工业用水、农业灌溉等[1]。

1.3.4反洗系统

反清洗系统的设计旨在通过反向清洗的方法，有效去除积累在超滤膜表面的污染物，这一过程主要依赖于高压水流或压缩空气强制通过膜面，将粘附的悬浮物质、有机物以及微生物等彻底清除，案例工程中设计反洗时间为3 h。其中反洗泵共设置3台，1台为主要使用设备，另外两台为备用设备，反洗泵的工作效率为Q=2 015 m3/h,H=21 m。鼓风机同样设置3台，1主2备，Q=3 360 m3/h,H=5 m。此系统使用的材料需要有足够的耐压和耐腐蚀性能，以保证系统的长期稳定运行，净水要点在于通过定期反洗，维持超滤膜的高效过滤性能，延长膜的使用寿命。

1.3.5化学清洗系统

化学清洗系统则采用特定的化学试剂，对超滤膜进行深度清洗，解决物理清洗无法去除的污染问题。这一系统通过精确控制化学试剂的浓度、接触时间以及清洗频率，实现对膜表面污垢的有效分解和去除。使用的化学试剂包括但不限于酸、碱和氧化剂，它们的选择和使用都需要严格按照超滤膜材料的兼容性来进行，以避免对膜材造成损害。结合其他地区的给水厂实际应用情况可知，为保证膜池的工作质量提高清洗效果，建议将化学清洗时的水温提升至13℃～22℃之间。

1.3.6中和系统

中和系统的作用在于处理化学清洗后的废液，通过添加中和剂调整废液的p H值，确保其安全排放，不对环境造成影响，这一系统的设计和操作需要考虑到化学清洗剂的性质和废液的具体条件，通过精确计算和控制中和剂的加入量，达到快速有效的中和效果。

1.3.7膜完整性检测系统

在超滤技术中的膜完整性检测过程中，采用基于压力的测试方法是一种关键的操作步骤。此方法涉及使用空气压缩机来提供压缩空气，该空气经过过滤减压阀的处理，以去除其中的颗粒物和油等杂质，确保得到的气源是干净的。然后通过自动控制的进气阀，压缩空气被引导进入超滤膜内部，此过程中为进行完整性测试，系统会关闭进气阀，并保持一定的压力，通常是5 min，这个步骤是为观察与超滤膜相连的精密压力表上的压力衰减情况，通过精确测量保压期间压力的下降，可以评估超滤膜是否完整。若某个单独的膜单元在气体检测中未通过合格标准，这时需要对该膜单元及其连接的管路进行细致的检查，以排查和修复潜在的漏点。完成管路漏点的排除后，针对单支膜元件进行进一步的检查和修复，以确保每个膜元件都能达到所需的完整性标准，这一过程不仅确保了超滤系统的高效运行，而且对于保障出水水质安全起着至关重要的作用[2]。

2、超滤膜系统运行情况

2.1运行数据分析

A型给水厂的浸没式超滤膜系统自2020年6月末启动以来，至今已顺利运行超过两个月，期间逐步接近其最大运行能力。目前，该系统的过滤周期设定为180 min，而维护性清洗的周期则为每30 d一次。在此运行期间，该超滤膜系统的产水浊度保持在0.1NTU以下，表明水质极为清澈。同时，观测到的跨膜压差极低不超过10 k Pa，反映了系统高效的过滤性能。关于跨膜压差，其随运行时间的变化趋势表现出极好的稳定性，维持在2到5 k Pa的范围内。这种现象可能归因于几个因素：首先，系统刚开始运行时使用了全新的超滤膜，其性能处于最佳状态；其次，较高的水温有助于降低跨膜压差；最后，超滤膜具有出色的抗污染能力，即使在进行日常物理反冲洗和维护性清洗前后，跨膜压差的变化仍然不明显[3]。值得一提的是，自系统投入运行以来，还未有进行过化学清洗的需要，进一步证明了超滤膜系统的高效及稳定性。详细变化情况如图3所示。

图3跨膜压变化情况

2.2出水水质分析

超滤技术能有效去除水中的悬浮物、细菌、病毒以及大分子有机物，从而极大提高出水的透明度和微生物安全性。在案例市政给水厂的改造项目中，通过引入超滤系统，出水浊度得到显著降低，一般能稳定在0.1 NTU以下，远低于传统过滤技术的出水水质标准，这一改进使得出水水质更加清澈，为居民提供了更安全、更卫生的饮用水。同时，超滤过程中的物理截留机制能够有效控制水中有害微生物的通过，如细菌和病毒等，从而保障了出水的生物安全性[4]。经过超滤处理的水样中，微生物含量大幅下降，达到了饮用水安全标准。这一点对于提升市政供水的安全性至关重要，尤其是在那些水源受到微生物污染较严重地区的供水系统升级中。出水水质情况如图4所示。

图4浊度变化情况

3、浸没式超滤膜系统应用待解决的问题

超滤膜系统在应用过程中可能会遇到几个常见的问题，理解和解决这些问题对于确保系统高效稳定运行至关重要。

膜污染与堵塞：超滤膜系统常见的问题之一是膜污染和堵塞，这会降低膜的过滤效率，增加运行成本。污染物质如悬浮固体、微生物、有机物和无机盐可能会在膜表面积累，导致膜孔堵塞。解决方法包括定期反冲洗和化学清洗，以移除积累在膜表面的污染物[5]。

化学清洗：长期运行中，某些污染物可能难以仅通过物理反冲洗去除，此时需要进行化学清洗。化学清洗涉及使用特定的化学试剂来溶解或分解积聚在膜表面和孔隙中的污染物。选择合适的清洗剂和清洗程序对于维持膜的性能和延长其使用寿命至关重要。

4、结束语

综上所述，通过本文的探讨可以看到超滤技术在市政给水厂升级改造工程中发挥至关重要的作用。不仅提高出水水质保障城市供水安全，而且还实现了经济高效的运行。超滤技术的成功应用，不仅是技术进步的体现，也是对未来城市供水系统可持续发展道路的一次积极探索。随着技术的不断进步和应用经验的积累，超滤技术将在全球范围内的市政给水厂升级改造中发挥更加重要的作用，为构建更加安全、高效、环保的供水系统奠定坚实的基础。

参考文献:

[1]向信军.环保工程水处理过程中超滤膜技术运用分析[J].资源节约与环保,2023(9):33-36.

[2]褚淑燕,寇常兰.环保工程水处理过程中超滤膜技术运用探讨[J].皮革制作与环保科技,2023,4(2):8-9+33.

[3]杨诗妮,刘海华,徐贞贞,等.超滤技术处理甘薯淀粉生产废水的应用效果[J].食品工业科技,2021,42(15):144-149.

[4]李东升.微污染水源水深度处理中超滤技术的应用探析[J].当代化工研究,2023(12):70-72.

[5]张正琴.超滤技术在环境工程中的应用现状[J].皮革制作与环保科技,2021,2(9):97-98.

文章来源:陈小军,龙辉,陆颂.超滤技术在市政给水厂升级改造工程中的实践与应用[J].科学技术创新,2024(13):109-112.