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城市饮水净化超滤水厂设计若干新思路
更新时间:2016-09-20 来源:《给水排水》 作者:李圭白,瞿芳术

1 城市饮水超滤水厂在我国的发展

将超滤用于城市饮水净化是净水工艺的一大进步。超滤能大大提高饮水的生物安全性;是最有效的固液分离技术,能获得浊度远低于0.1NTU的用水;与其他水处理技术组合,能获得高质量的饮水;是利用21世纪材料科学的最新发展来

改造和提高城市饮水净化技术的重要成果。超滤水厂近年来在我国形成了加速增长的态势。到2013 年底,规模>100m3/d的水厂数目远超过300座,总体规模远超过200万m3/d,其中规模在1万m3/d以上的超滤水厂已超过30座。

2 什么膜适用于城市饮水净化

膜的品种和规格很多,但用于城市水厂的膜应满足饮水净化的要求。对城市饮水而言最主要的是饮水的安全性,即生物安全性和化学安全性,其中生物安全性是首要的。水中致病微生物有病毒、细菌、原生动物等。用于城市饮水净化的膜应能去除水中致病微生物,以提高饮水的生物安全性。水中致病微生物中病毒最小,其尺寸在0.02~0.45μm之间。可用于城市水厂去除病毒的有超滤膜和纳滤膜。用于城市水厂的纳滤膜需进口,且能耗较大。所以超滤膜是目前用于城市水厂的主流产品。

对超滤膜孔径和病毒去除率的要求。一般认为,超滤膜孔径大于纳滤膜的1nm,小于0.1μm。所以,有的超滤膜孔径可能大于0.02μm,不能完全截留病毒。只有孔径不大于0.02μm的超滤膜,才能将水中包括病毒在内的致病微生物有效去除,大大提高饮水的生物安全性,适于城市水厂采用。2009年美国颁布的对水中病原微生物的指标要求见表1,其中病毒的去除率要求达到99.99%。我国《生活饮用水卫生标准》虽然尚未对水中病毒去除率提出要求,但国内外已有一些厂家能生产孔径不大于0.02μm的超滤膜,其病毒去除率可达到99.99%。所以要求用于城市水厂的超滤膜对病毒的去除率达到99.99%在技术上是可行的,并且膜价格并不比孔径更大、对病毒去除率达不到上述要求的超滤膜贵。根据城市饮水对生物安全性的要求,提出上述对超滤膜孔径和病毒去除率的要求,是饮水区别于其他用水的一项重要特点,它将对用于城市饮水净化膜材料的发展起重要引领作用。

3 低通量运行是超滤水厂发展的方向

膜通量和膜污染无疑是超滤应用中最重要的问题。膜通量就是单位膜面积上过滤水的流量,常以L/(m2·h)表示。膜污染就是在膜滤过程中膜阻力增加的现象。膜污染常区分为可逆膜污染和不可逆膜污染。通过物理方法(气洗、水洗)可恢复的称为可逆膜污染;物理方法不能恢复,只能通过化学清洗方法恢复的称为不可逆膜污染。

膜通量与膜价格有关。膜价格高,设备投资很大,为降低设备投资,常采用高的膜通量。膜技术发展初期,膜价格很贵,所以采用高的膜通量,例如:数百L/(m2·h)。膜污染与膜通量有关。一般膜通量愈高,能耗愈高,膜污染也愈迅速,需采用频繁的物理和化学方法来清除污染,恢复膜通量,这不仅使膜运行费用增大,还使操作复杂,也影响膜的寿命;此外还存在清洗废液对环境的污染,在其处理处置方面需加大投资。所以,高的膜通量只宜在小型设备中使用。

任何工程都要求技术上是可行的,经济上是合理的。膜通量关系到工程的建设费,也关系到工程的运行费。膜通量越高,建设费越小,但运行费(电费、物理清洗费、化学清洗费等)便越高,反之亦然。使在资金偿还期内建设和运行费之和为最低的膜通量,就是最经济的膜通量,可称为经济膜通量(与管道中经济流速的概念相似)。

随着膜材料科技的发展,膜价格随之降低,相应地设备投资也随之降低,现已降至可接受的水平,从而开始在城市水厂规模化使用。如仍采用高的膜通量,运行费就会显得过高。为了降低运行费,就要降低膜通量,以减小膜污染及能耗。所以随着膜价格降低,降低膜通量将是一个大趋势。城市大型水厂处理水量大,常达数万至数十万m3/d,特别要求能安全稳定地工作。水厂一旦因故停止供水,对城市生活影响极大,是绝对不允许的,所以对大型水厂工作的DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2015.0001稳定性要求极高。

对膜的可逆污染的物理清洗(气洗、水洗)与传统砂滤池类似,易于操作和进行。对膜的不可逆污染的化学清洗一般有两种,一种是维护性化学清洗,即定期以200~500mg/L的次氯酸钠溶液对膜浸泡数小时,以部分清除膜的不可逆污染,这种化学清洗虽稍复杂,但实践表明仍可被接受。当对膜的维护性清洗进行多次仍不能防止膜污染过多积累时,就要对膜进行恢复性化学清洗。恢复性化学清洗涉及多种化学药剂,操作复杂,特别是常使设备较长时间停运,对水厂的稳定运行影响较大。

在大型水厂中采用高通量,必须要对膜进行频繁的物理清洗和化学清洗,对水厂稳定运行是不利的,也是不可取的。所以,对大型水厂,宜采用低通量运行策略,以减轻膜污染,减少物理和化学清洗频率,有利于保证水厂的稳定运行。对于城市大型水厂,我们关注的重点是膜的不可逆污染,因为它关系到对膜的化学清洗,会影响到水厂的稳定运行。

版权、出处:《给水排水》

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