超濾在市政海水淡化工程中作為預處理的工藝設(shè)計

顏廷文，周丹

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津300381）

1 引言

我國淡水資源形勢不容樂觀，被聯(lián)合國列為世界上13個貧水國之一。青島市是我國北方沿海嚴重缺水城市之一[1]。青島市水資源短缺是一個長期存在的問題，高度依賴客運水、地下水過度開采和淡水資源短缺。對于沿海地區(qū)及島嶼，利用豐富的海水資源建設(shè)海水淡化項目，是解決水資源短缺的有效途徑[2]。

2 工程概況

2.1 設(shè)計規(guī)模及進出水水質(zhì)

1×105m3/d的青島海水淡化工程（以出水量計算），進水水質(zhì)為：總?cè)芙夤腆w30 200 mg/L；氯化物16 600 mg/L；氨氮0.059 mg/L；鉀375 mg/L；鈉9 033 mg/L；鎂1 200 mg/L；鈣400 mg/L；鐵0.50 mg/L；總懸浮物10 mg/L。

本工程產(chǎn)品水直接進入工業(yè)用水管網(wǎng)，供應大型工業(yè)用戶。本工程產(chǎn)品水水質(zhì)要求為：反滲透產(chǎn)水需滿足氯離子含量小于0.004%，pH6.5～7.5。

2.2 工程預處理工藝

預處理可以減少清洗次數(shù)，延長反滲透膜的使用壽命，降低海水淡化過程的能耗和維護成本。本工程采用超濾作為海水淡化的預處理工藝。

超濾的原理是通過壓力驅(qū)動實現(xiàn)的凈化過程，其中低水分子重量物質(zhì)穿透膜,而微粒、膠體、高分子和病原體被過濾掉。膜的孔徑通常為0.001～0.1%μm。經(jīng)膜處理的出水SDI（淤泥密度指數(shù)）小于1～3，尤其對于出水水質(zhì)穩(wěn)定、大水量的處理，比傳統(tǒng)的過濾器占地面積及層高的大幅度降低更能顯現(xiàn)其優(yōu)越性。

3 超濾工藝在本工程中的設(shè)計

3.1 設(shè)計參數(shù)

超濾處理工段共設(shè)置30組膜組件，其中2組備用，全部膜組件分為2個系列，單獨運行。每組膜組件設(shè)有2套膜架，每組膜組件設(shè)置136個膜元件，工程設(shè)置共設(shè)置膜元件3 808個。超濾膜組件的具體參數(shù)列于表1。

表1 超濾膜組件參數(shù)表

系統(tǒng)中設(shè)置了網(wǎng)式自清洗過濾器，保證了超濾膜系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。自清洗過濾器共14臺，每臺處理量600 m3/h，過濾精度100%μm，并能實現(xiàn)自動清洗。

3.2 超濾膜組設(shè)計運行流程

超濾膜組的穩(wěn)定工作涉及多種程序，設(shè)計中需考慮各種運行狀態(tài)的切換，通過各種管道、閥門與膜組件的連接實現(xiàn)狀態(tài)對接。管道的空間布局錯綜復雜，如圖1所示。

圖1 膜組件剖面管道圖

3.2.1 正常過濾產(chǎn)水設(shè)計程序

原水通過超濾進水泵自進水池進入超濾進水主管，然后通過自動清洗過濾器輸送到膜組件。原水進入膜絲內(nèi)部并透過超濾膜，經(jīng)產(chǎn)水總管進入反滲透（SWRO）進水及超濾（UF）反洗水池。超濾系統(tǒng)工作方式為死端過濾，膜絲內(nèi)腔在正壓驅(qū)動下收集產(chǎn)水，懸浮物、膠體等雜質(zhì)將被攔截在膜絲外部。

超濾系統(tǒng)開啟超濾進水閥和超濾產(chǎn)水閥，關(guān)閉其他自動閥門，采用連續(xù)過濾的形式，工作時間約為20～60 min。

正常過濾進水產(chǎn)水設(shè)計工作狀態(tài)各管道流向如圖2所示。

圖2 進水/產(chǎn)水設(shè)計工作狀態(tài)軸側(cè)圖

3.2.2 水反洗程序

反洗與過濾的水流方向相反，打開超濾反洗閥、上排閥，關(guān)閉其他自動閥門，開啟反洗泵。中空纖維膜絲的產(chǎn)水端轉(zhuǎn)移到超濾的產(chǎn)水端。因為水從相反的方向通過中空纖維膜，反沖洗水沖走了膜外表面的污染物。反沖洗時間取決于具體情況，通常是20～60 s。

3.2.3 氣、水反洗程序

在反沖洗水洗的同時，從進水口通入一定的壓縮空氣，讓其通過中空纖維膜絲的進水側(cè)表面，超濾產(chǎn)水從中空纖維膜絲內(nèi)部壓出，通過壓縮空氣與水的混合震蕩，沖走膜外表面的污染物。清洗時間一般20～60 s。

3.2.4 排污程序

當下排氣閥打開時，排氣閥保持開啟狀態(tài)，其余閥門關(guān)閉并通過下部排放閥排放膜組件中的污水。

3.2.5 正沖程序

開啟超濾進水閥、上排閥，關(guān)閉其余閥門，利用原水使膜表面產(chǎn)生切向加速度來沖刷膜污染的沉積物，以增強反洗的效果。

3.2.6 化學清洗外循環(huán)

打開化學清洗進水閥、化學清洗循環(huán)閥，關(guān)閉其他自動閥門，開啟化學清洗泵，采用正沖化學清洗藥劑循環(huán)回清洗水箱的方式，清洗時間一般為30 min～1 h。

3.2.7 化學清洗液排空

開啟化學清洗排空閥、排氣閥，關(guān)閉其他自動閥門，通過化學清洗排空閥將膜組器和管道內(nèi)的化學藥劑排出。

3.2.8 恢復性清洗和維護性清洗

1）恢復性清洗

在連續(xù)過濾膜設(shè)備系統(tǒng)中，一般3～5周進行化學清洗，一般采用普通的次氯酸鈉等水處理劑進行殺菌處理。

NaClO清洗：用0.03%～0.3%的NaClO水溶液清洗40～60 min。NaClO清洗適用于微生物污染。

稀酸清洗：用pH=2的硫酸溶液清洗40～60 min。硫酸清洗適用于無機污染。

2）維護性清洗

過程與恢復性清洗一致，清洗過程稍短一些，使用低濃度藥劑。維護性清洗通常1次/d。

3.2.9 超濾膜組件的完整性檢測

氣泡觀察法：在膜組件中充滿水，關(guān)閉上排閥，在組件進水側(cè)緩慢壓入壓縮空氣，逐漸提高注入空氣的壓力。當產(chǎn)水側(cè)有氣泡時，對應的壓力值為氣泡點壓力。如果泡點壓力小于0.1 MPa，表明膜組件有泄漏點。

壓力衰減方法：將膜組件注滿水，打開出水閥，關(guān)閉上排水閥。在組件的進水側(cè)緩慢注入壓縮空氣，逐漸提高注入空氣的壓力至100 kPa。壓力穩(wěn)定時，關(guān)閉進氣閥。靜止保壓10 min。如果10 min后壓降小于0.3 MPa，顯示膜組件的完整性；否則，膜組件有泄漏點。

4 結(jié)語

超濾系統(tǒng)工藝技術(shù)采用氣水雙洗方式，配套管路閥門、自清洗單元、加藥單元等，成為一套完整系統(tǒng)。本工程超濾設(shè)計運行包括：正常過濾產(chǎn)水、水反洗、氣水反洗、排污、正沖、化學清洗外循環(huán)、化學清洗液排空、恢復性清洗和維護性清洗過程等。

超濾作為海水淡化工程反滲透工藝的預處理，可去除全部的懸浮物、細菌、大部分膠體與非溶解有機物。與傳統(tǒng)過濾器相比，具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、處理水量大、層高低的優(yōu)點，保證了后續(xù)反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。