超滤膜技术在唐山水司水处理系统应用的探讨
发布日期:2015-01-06
●姚莹娜王贺田
一、超滤技术概述
超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜分离技术，能够将溶液进行净化、分离或者浓缩，属于纯物理的净水方式。超滤膜系统是以超滤膜丝为过滤介质，膜两侧的压力差为驱动力的溶液分离装置。超滤膜只允许溶液中的溶剂（如水分子）、溶解性无机盐及小分子有机物透过，而对水中的悬浮物、藻类、胶体、细菌、病毒、两虫等污染物能得到有效的截留，保证出水的微生物安全性。具有绿色、高效、节能、工艺简便、过程易控制等优点，是新一代饮用水净化工艺的较佳选择，适用于原水藻类含量较高、浊度波动较大的地区。
超滤膜的形式可以分为板式和管式两种，管式超滤膜根据其管径的不同又分为中空纤维、毛细管和管式。河北省唐山市自来水公司净水厂一期中试设备的超滤膜即为中空纤维膜PVC复合材料。其中空纤维膜具有亲水性强、低压大通量、抗污性强、化学耐受性好的特点。
将超滤膜丝组合成可与超滤系统连接的组件称为超滤膜组件，超滤膜组件分为外压式和浸没式两种。外压式工艺管道复杂，能耗高，超滤膜寿命相对较短，抗污能力差和系统占地面积大的特点适合4000 -8000m3/d的中、小型水厂；而浸没式超滤膜过滤精度要求较低，只作简单预处理即可，另外浸没式采用开放式系统设计，更适合对老水厂的升级改造，浸没式相比外压式在中、大型水厂的新建和改造中更有优势。
二、超滤膜技术在我国的应用情况
国家对水质安全、饮用水卫生标准要求越来越高，并已于2007年7月1日起全面实施新版《生活饮用水卫生标准》( GB5749-2006)。同时我国目前大部分地区原水水质不断恶化，人们对饮用水要求不断提高，现有常规工艺已很难保证出厂水满足新国标，有必要对现有工艺升级改造。自从2009年山东东营南郊水厂10万m3/d浸没式超滤膜技术应用于给水厂升级改造以来，国内多个城市开建膜处理技术水厂。随后，江苏南通芦泾水厂以浸入式超滤膜技术为核心的短流程净水工艺的“完美结合”，既满足了出厂水质要求又在工艺设计上科学合理，降低运行成本。再到2012年12月，以超滤膜为主导多种先进工艺组合的上海清浦水厂，其去污能力和出厂水质达到国内同行领先水平。如此看来，超滤膜在净水行业的快速发展较之前常规工艺有着明显的优势。
三、超滤工艺针对目前水质的优势
超滤是目前自来水厂最有应用前景的水处理技术，应用于自来水厂具有如下突出优势：
1．出水水质优良、水质稳定。超滤膜出水水质好，能保证出水浊度低于O.lNTU:而一。般臭氧一活性炭的出水浊度在0.2-0.3NTU左右。而且超滤膜出水水质不受进水水质波动的影响，当进水水质出现季节性波动或者突发性水质恶化的情况下，依然能保证出水浊度低于O.lNTUo
2．出水微生物安全性高。采用超滤可完全截留水体中的大肠杆菌、红虫、贾第虫和隐孢子虫等致病菌，保证出水的微生物安全性。
3．能有效去除藻类。超滤膜对藻类具有良好的去除效果，能完全去除水中的藻类物质，有效解决水中的藻类问题。
4．化学安全性高。超滤膜技术是一种纯物理性净水技术，净水过程中无需添加任何化学药剂，不存在氧化、还原等化学反应，化学安全性高。某些微污染水源（如黄河水）中糗离子浓度很高，采用臭氧氧化工艺将面临溴酸盐过量生成的严重限制，随着臭氧投加量的增加，溴酸盐生成量也逐渐增加。
5．降低消毒副产物生成量。由于超滤膜本身能有效截留水体中的细菌、病毒、两虫的微生物污染物，因此能减少消毒剂的投加量，进而降低消毒副产物的生成量。
四、唐山水司目前原水水质状况和净水厂一期工艺现状
1．原水水质情况
据相关处室提供的陡河水库原水近三年水质监测数据，水体水质大多数符合GB3838-2002《地表水环境质量标准》中I类、Ⅱ类标准，但是化学需氧量(COD)、总P、汞达到GB3838-2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类标准；总氮指标为劣V类标准。总P、总N的超标预示着水体富营养化的趋势严重。原水经过长时间的水库存放，泥沙含量较小，浊度较低，冬季低温低浊，夏季还会有藻类、剑水蚤增多的情况。
2．净水厂一期工艺现状
净水厂一期自1987年运行至今，工艺陈旧、设备老化现象严重，经多年来运行观察，期生产工艺存在着一些问题。絮凝和沉淀效果差，静态混合器、网格反应池靠水力条件完成混合和絮凝，沉淀池采用斜管沉淀等对原水水量、水质突变等适应性差；虹吸滤池工艺老旧落后对COD、氨氮等去除效果有限，自动化程度低、水质易受人为因素影响，伴随着夏季藻类、剑水蚤、摇蚊的增多，普通滤池会有微生物穿透的危险。
综合以上对原水水质和净水厂一期工艺现状的分析，从新国标对水质的要求来看，净水厂一期工艺已难以解决水质不断恶化的趋势，因此必然要升级改造。
五、选用超滤技术作为净水厂升级改造的可行性：
1．超滤膜的应用提高对原水的适应能力。超滤膜出水水质对进水适应性较常规过滤工艺高很多．例如当发生上游开闸放水或暴雨导致浊度突然升高时，或者水力絮凝条件不好导致沉淀效果差，还有沉淀池负荷大造成水质不好等情况，一期工艺将很难适应这样的突然变化，而如果采用超滤膜工艺其依然能稳定地保证出水浊度≤O.lNTU。
2．超滤膜的应用提高供水安全性。超滤膜过滤作为纯物理方式过滤，对藻类、病毒、两虫等有害微生物能高效去除，因此降低了原水和出厂水消，毒剂的投加量，间接地减少了消毒副产物的产生，提高了出水安全性。
3．超滤膜组件可模块化生产，老水厂技术升级改造简单。膜装置的标准化、模块化与相对集约化，使传统水厂的施工周期缩短。超滤水厂供水规模灵活，仅需要增减超滤膜组件即可，适用于任何规模供水量的净化处理，容易改扩建；超滤水厂的工艺简单，运行维护方便，占地面积小，施工周期短。在老水厂改造中，可以将膜直接放在沉淀池或者砂滤池里面，过滤后的水直接进入到清水池中，水质即可达到饮用水标准。该改造方式不仅提高了水质，而且由于中空纤维膜过滤面积大的特点能够将产水量提高一倍，优势明显。
4．运行压力低，运行成本有降低的可能。如果在过滤水头损失允许的条件下，超滤膜在温度适中时，水通过自身重力流经膜，即可透过膜壁，生产出优质净化水，并实现很好的膜通量。水温较低时才需加压过滤以增加产水量，该运行方式可大大降低运行成本，电耗基本与传统工艺相当。
5．超滤膜价格已降至可接受的水平，最适于城市水厂大规模应用。由于超滤膜工艺在国内水处理行业应用越来越普及，同时国内膜生产企业的技术不断进步，使得膜的价格较国外低，并降至可接受水平，为水厂大规模应用提供了条件。
一、超滤技术概述
超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜分离技术，能够将溶液进行净化、分离或者浓缩，属于纯物理的净水方式。超滤膜系统是以超滤膜丝为过滤介质，膜两侧的压力差为驱动力的溶液分离装置。超滤膜只允许溶液中的溶剂（如水分子）、溶解性无机盐及小分子有机物透过，而对水中的悬浮物、藻类、胶体、细菌、病毒、两虫等污染物能得到有效的截留，保证出水的微生物安全性。具有绿色、高效、节能、工艺简便、过程易控制等优点，是新一代饮用水净化工艺的较佳选择，适用于原水藻类含量较高、浊度波动较大的地区。
超滤膜的形式可以分为板式和管式两种，管式超滤膜根据其管径的不同又分为中空纤维、毛细管和管式。河北省唐山市自来水公司净水厂一期中试设备的超滤膜即为中空纤维膜PVC复合材料。其中空纤维膜具有亲水性强、低压大通量、抗污性强、化学耐受性好的特点。
将超滤膜丝组合成可与超滤系统连接的组件称为超滤膜组件，超滤膜组件分为外压式和浸没式两种。外压式工艺管道复杂，能耗高，超滤膜寿命相对较短，抗污能力差和系统占地面积大的特点适合4000 -8000m3/d的中、小型水厂；而浸没式超滤膜过滤精度要求较低，只作简单预处理即可，另外浸没式采用开放式系统设计，更适合对老水厂的升级改造，浸没式相比外压式在中、大型水厂的新建和改造中更有优势。
二、超滤膜技术在我国的应用情况
国家对水质安全、饮用水卫生标准要求越来越高，并已于2007年7月1日起全面实施新版《生活饮用水卫生标准》( GB5749-2006)。同时我国目前大部分地区原水水质不断恶化，人们对饮用水要求不断提高，现有常规工艺已很难保证出厂水满足新国标，有必要对现有工艺升级改造。自从2009年山东东营南郊水厂10万m3/d浸没式超滤膜技术应用于给水厂升级改造以来，国内多个城市开建膜处理技术水厂。随后，江苏南通芦泾水厂以浸入式超滤膜技术为核心的短流程净水工艺的“完美结合”，既满足了出厂水质要求又在工艺设计上科学合理，降低运行成本。再到2012年12月，以超滤膜为主导多种先进工艺组合的上海清浦水厂，其去污能力和出厂水质达到国内同行领先水平。如此看来，超滤膜在净水行业的快速发展较之前常规工艺有着明显的优势。
三、超滤工艺针对目前水质的优势
超滤是目前自来水厂最有应用前景的水处理技术，应用于自来水厂具有如下突出优势：
1．出水水质优良、水质稳定。超滤膜出水水质好，能保证出水浊度低于O.lNTU:而一。般臭氧一活性炭的出水浊度在0.2-0.3NTU左右。而且超滤膜出水水质不受进水水质波动的影响，当进水水质出现季节性波动或者突发性水质恶化的情况下，依然能保证出水浊度低于O.lNTUo
2．出水微生物安全性高。采用超滤可完全截留水体中的大肠杆菌、红虫、贾第虫和隐孢子虫等致病菌，保证出水的微生物安全性。
3．能有效去除藻类。超滤膜对藻类具有良好的去除效果，能完全去除水中的藻类物质，有效解决水中的藻类问题。
4．化学安全性高。超滤膜技术是一种纯物理性净水技术，净水过程中无需添加任何化学药剂，不存在氧化、还原等化学反应，化学安全性高。某些微污染水源（如黄河水）中糗离子浓度很高，采用臭氧氧化工艺将面临溴酸盐过量生成的严重限制，随着臭氧投加量的增加，溴酸盐生成量也逐渐增加。
5．降低消毒副产物生成量。由于超滤膜本身能有效截留水体中的细菌、病毒、两虫的微生物污染物，因此能减少消毒剂的投加量，进而降低消毒副产物的生成量。
四、唐山水司目前原水水质状况和净水厂一期工艺现状
1．原水水质情况
据相关处室提供的陡河水库原水近三年水质监测数据，水体水质大多数符合GB3838-2002《地表水环境质量标准》中I类、Ⅱ类标准，但是化学需氧量(COD)、总P、汞达到GB3838-2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类标准；总氮指标为劣V类标准。总P、总N的超标预示着水体富营养化的趋势严重。原水经过长时间的水库存放，泥沙含量较小，浊度较低，冬季低温低浊，夏季还会有藻类、剑水蚤增多的情况。
2．净水厂一期工艺现状
净水厂一期自1987年运行至今，工艺陈旧、设备老化现象严重，经多年来运行观察，期生产工艺存在着一些问题。絮凝和沉淀效果差，静态混合器、网格反应池靠水力条件完成混合和絮凝，沉淀池采用斜管沉淀等对原水水量、水质突变等适应性差；虹吸滤池工艺老旧落后对COD、氨氮等去除效果有限，自动化程度低、水质易受人为因素影响，伴随着夏季藻类、剑水蚤、摇蚊的增多，普通滤池会有微生物穿透的危险。
综合以上对原水水质和净水厂一期工艺现状的分析，从新国标对水质的要求来看，净水厂一期工艺已难以解决水质不断恶化的趋势，因此必然要升级改造。
五、选用超滤技术作为净水厂升级改造的可行性：
1．超滤膜的应用提高对原水的适应能力。超滤膜出水水质对进水适应性较常规过滤工艺高很多．例如当发生上游开闸放水或暴雨导致浊度突然升高时，或者水力絮凝条件不好导致沉淀效果差，还有沉淀池负荷大造成水质不好等情况，一期工艺将很难适应这样的突然变化，而如果采用超滤膜工艺其依然能稳定地保证出水浊度≤O.lNTU。
2．超滤膜的应用提高供水安全性。超滤膜过滤作为纯物理方式过滤，对藻类、病毒、两虫等有害微生物能高效去除，因此降低了原水和出厂水消，毒剂的投加量，间接地减少了消毒副产物的产生，提高了出水安全性。
3．超滤膜组件可模块化生产，老水厂技术升级改造简单。膜装置的标准化、模块化与相对集约化，使传统水厂的施工周期缩短。超滤水厂供水规模灵活，仅需要增减超滤膜组件即可，适用于任何规模供水量的净化处理，容易改扩建；超滤水厂的工艺简单，运行维护方便，占地面积小，施工周期短。在老水厂改造中，可以将膜直接放在沉淀池或者砂滤池里面，过滤后的水直接进入到清水池中，水质即可达到饮用水标准。该改造方式不仅提高了水质，而且由于中空纤维膜过滤面积大的特点能够将产水量提高一倍，优势明显。
4．运行压力低，运行成本有降低的可能。如果在过滤水头损失允许的条件下，超滤膜在温度适中时，水通过自身重力流经膜，即可透过膜壁，生产出优质净化水，并实现很好的膜通量。水温较低时才需加压过滤以增加产水量，该运行方式可大大降低运行成本，电耗基本与传统工艺相当。
5．超滤膜价格已降至可接受的水平，最适于城市水厂大规模应用。由于超滤膜工艺在国内水处理行业应用越来越普及，同时国内膜生产企业的技术不断进步，使得膜的价格较国外低，并降至可接受水平，为水厂大规模应用提供了条件。