超滤膜技术在西山水厂工程设计中的应用

2020年第1期

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超滤膜技术在西山水厂工程设计中的应用

谭周权

（兰州市城市建设设计院，甘肃兰州…730050）

摘要：厦门西山水厂一期工程处理规模为10万m3/d，本工程采用超滤膜技术作为大型水厂的深度处理工艺。在工程设计中，将V型滤池处理后的出水进入超滤膜系统进行深度处理；运营后不仅工艺设备运行稳定，去除效果良好，还可以达到节能降耗的效果；最终本厂出水浊度为0.042NTU，达到了国内领先水平。

关键词：超滤膜技术；工程设计；节能降耗；浊度

1.工程概况

2015年前厦门市同安区内仅有梅山水厂一座，其产水能力为8.0万m/d。近几年来同安区供水形势比较严峻，梅山水厂一直处于超负荷运行状态，现急需新建西山水厂，以满足同安区生产和生活用水需求。由于我国多家水厂采用的常规水处理工艺出水效果并不理想，尤其浊度指标往往无法达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）标准要求（≦1NTU），并考虑到今后更加严格的生活饮用水水质标准，西山水厂工程设计考虑到了深度处理阶段，通过选用超滤膜技术来确保本厂出水水质达标。西山水厂工程由厦门水务中环制水有限公司承担建设，西山水厂项目总用地面积为126673.07平方米，近期规模为30万m3/d，远期规模为55万m3/d。其中一期工程建设规模为10万m3/d，总投资

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2.亿元，环保投资716万元，占工程总投资的2.48%。

2.工程设计

2.1水源水质现状

西山水厂主源为新建莲花水库，后溪（坂头-石兜水库）及汀溪水库群是西山水厂的备用水源。使用水源中坂头水库水质符合Ⅲ类标准，竹坝水库和汀溪水库总体评价符合Ⅱ类标准。由于莲花水库目前还在建设期，而根据莲花水库上游14年的全年水质监测指标可知水中氨氮、总磷在2个月内有偶然略微超标的现象，总体来说符合《地表水环境质量标准》GB3838-2002的Ⅲ类水质标准要求。由此可见本水库上游水质总体良好，可作为集中式生活饮用水水源。

2.2 取水泵站及原水输水管线

本工程水源为莲花水库，并且在水库大坝

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设计时已经预留了DN2000的供水管道，因此本取水泵站直接通过管道从水库大坝引水加压取水。原水输水管由大坝预埋管接出，沿现状西溪西侧护岸坡脚敷设至取水泵站，经取水泵站提升后沿规划省道206线敷设至西山水厂。取水泵站及原水输水管线工程已另行立项建设，不包括在本项目中。

2.3 水厂平面布置

水厂用地按照功能进行布置，划分为常规水处理区、预留远期扩建区、供水区、泥水处理区及厂前区等5个区域，各区域相对，有4~6m道路相连。常规水处理区占地38743m2，布置在厂区北面，包括进水混合井、絮凝沉淀池、V型滤池、鼓风机及反冲洗泵房、加药间、加氯间等生产构筑物；深度处理区占地5160m2，布置在厂区中部，目前建造了一期超滤膜深度处理设施；项目净水厂总平面布置按远期规划，近远期结合，以近期为主的原则。项目厂区总体布局合理、流畅，道路较宽，便于运输。

2.4 工艺选择原则

混合阶段　它是整个絮凝过程的重要环节，目前在大中型水厂中主要以管式静态混合、机械混合为主。管式静态混合器因其安装容易、不需维修，在国内水厂中被广泛使用。其主要缺点是混合效果随管道内流量的变化而变化，随水流速度的减小而降低；由于要保持管内一定的水流速度，因此水头损失较大。根据类似水厂实际运行情况，本项目采用管式混合器作为本工程的混合工艺。

絮凝沉淀阶段　目前国内应用较多的主要

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有斜管、斜板沉淀池和平流沉淀池以及少量的辐流式沉淀池。根据类似水厂实际运行情况，本项目采用折板絮凝+平流沉淀池作为本工程絮凝沉淀工艺的处理构筑物。

过滤阶段　过滤技术是水处理的主要净水工艺之一，目前普通使用的滤池有虹吸滤池、无阀滤池、压力滤池、双阀滤池等。气水反冲滤池在国内应用很广泛，具有代表性的是普通气水反冲和V型滤池。根据类似水厂实际运行情况，本项目采用V型滤池作为本工程的过滤工艺的处理构筑物。

深度处理阶段　本工程采用PVC浸没式超滤膜技术继续净化平流沉淀及过滤处理后的出水。超滤处理工艺具有占地面积小，自动化程度高，操作管理灵活、抗污能力强、节能降耗、深化处理效果好等优点。不仅能够降低水质浊度，去除杂质，还可以有效去除水体中的细菌、病毒和致病原生动物，是一种性价比较高的深度处理技术。目前我国超滤技术仅在小型水厂得到了推广使用，而本厂目前的处理规模属于中型水厂，根据相关研究报道，超滤膜处理技术在处理规模越大的水厂得到的适用性越强，单位成本越小。因此选用本技术可行性很强。

消毒阶段　近几年电解食盐水产生次氯酸钠消毒技术在不断提高和完善，并逐步在大水厂上有所应用，为此本工程采用电解食盐水产生的次氯酸钠作为消毒剂。电解食盐水产生次氯酸钠+氢气，原料为食用食盐，原材料运输和储存无危害；消毒所需次氯酸钠采用即产即用的方式，不需考虑储存或者少量储存。

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本工程附近有盐场，取材方便，可大大节省运输成本。但电解食盐水同时产生副产物氢气，需及时稀释排除，需防止氢气爆炸，且电解耗电量较大。

絮凝剂　首先，所选絮凝剂必须符合卫生质量要求，对出厂水不会造成二次污染。其次，絮凝剂的混凝处理性能要好。根据类似水厂实际运行情况及业主习惯做法，本项目采用聚合双酸铝铁作为本工程的絮凝剂。

2.5 项目工艺流程

根据厦门其他水厂的现有运行经验，结合水源水的水质特点和供水水质目标要求，本工程净水厂将常规水处理和深度处理工艺相结合，即采用絮凝沉淀+过滤+超滤+消毒工艺处理来水，絮凝剂采用聚合双酸铝铁，吸附剂选用活性炭粉末，消毒采用电解食盐水产生

的次氯酸钠作为本项目的消毒剂。建设项目主要净水处理工艺流程及产污环节图见图2。

2.6 水厂一期工程构筑物设计

本次新建西山水厂一期规模10万m3/d，远景规模为55万m3/d。鼓风机房及反冲洗泵房按照30万m3/d规模设计；泥水处理系统（脱水间土建按远期55m3/d考虑，设备分期安装）、送水泵房、变配电间按照30万m3/d规模进行土建设计，设备分期安装；其余构建筑物均按10万m3/d设计。

进水混合井：2座；尺寸：A×B=6.0×3.0m，H=3.5m；配有管式混合器各一台，规格DN1000；慢速搅拌机2台，规格N=3.0kW；水下搅拌器6台，规格N=7.9kW，4用2备；混合时间为2min，搅拌速度按进水流量和浊度而控制变化；

图2　建设项目净水工艺流程及产污环节

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折板絮凝平流沉淀池：1座，分2格；尺寸：A×B=111.20×28.35m，H=4.3m；折板尺寸1180mm×300mm×4mm；折板数量2300块；絮凝反应时间16.5~20.7min；沉淀时间2h，沉淀池水平流速约为11.5mm/s；设有排泥潜污泵4台，规格Q=150m3/h，H=10m，N=7.5kW，2用2备。

V 型滤池：1座，分12格；总尺寸：A×B= 58.0×46.08m，H{池体}=4.35m，H=11.75m；设计滤速为8.04m/h；滤头密度为个/m2；滤料层厚1.2m，滤池有效面积1050m2；阀门均设气动蝶阀；滤料为石英海砂，粒径0.95~1.35mm；不均匀系数K80=1.0~1.3；滤层厚度1.2~1.5m；承托层厚H=5mm，粒径d=4-8mm；反冲洗强度：气冲3min，气冲强度14L/m2·s）；气水冲5min，气冲强度7L/（m2·s）；水冲强度2.1L/（m2·s）；气冲6min，气冲强度4.2L/（m2·s）；每天反冲洗废水量为4853m³/d；过滤周期（T）/36~48h。

超滤膜间：总尺寸：AxB=40.0x30.08m，共设12格膜池，H{池体}=3.5m，H=8.75m；每格膜池配有6组浸没式P V C合金超滤膜组件；超滤组件规格为LH-106，设计膜通量为26L/（m2·h），每组滤膜的总有效膜面积1980m2，截留孔径0.015μｍ；膜池气冲强度60m3/（m2·h），需气量为1840m3/h，水冲强度为65L/（m2·h），需水量为9m3/h，反冲洗周期1~2.5h，维护性清洗周期7d左右,产水率大于96%，产水浊度小于0.08NTU；化学清洗周期设计为4~6个月，预采用的化学药剂种类为柠檬酸。

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鼓风机及反冲洗泵房：1座；尺寸：A×B= 39.5×7.5m，H{地下}=3.3m，H{地上}=5.5m；配有V型滤池和超滤膜反冲洗水泵各3台，规格分别为Q=850m3/h，H=10m，N=37kW，2用1备；以及Q=2050m3/h，H=12m，N=43kW，2用1备；离心鼓风机6台，规格均为Q=3228m3/h，H=0.6MPa，N=75kw；4用2备；微型空压机2台，规格Q=72m3/h，P=7/9bar，N=11kW，1用1备。

清水池：1座，分2格；尺寸：AxB=91.0x 52.0m，H=5.4m；单池容积12776m 3 ，总容积25500m3。

吸水井：1座，分2格；尺寸：A×B = 55.7×5.0m，H{地下}=8.0m，H{地上}=0.8m；潜水泵4台，规格Q=180m3/h，H=14m，N=19kW，2用2备。

送水泵房：1座；尺寸：A×B= 60.0×16.0m，H{地下}=6.5m，H{地上}=7.8m；配有卧式离心泵（变频）6台，其中3台规格均为Q=4050m3/h，H=45m，η＞83%，N=630kW，2用1备；另外3台规格均为Q=1500m3/h，H=75m，η＞83%，N=550kW，2用1备。

加药间：1座；尺寸：AxB=36.0x15.3m，H=7.4m；加药部分为二层，上层贮备药剂，下层设置投药设备；其中配有PAM投加系统1套；粉末活性炭投加系统一套；絮凝剂投加计量泵3台，规格Q=1000L/h，H=3bar，N=3.79kW，2用1备；套隔膜式计量泵3套，规格Q=0~1500L/h，H=4bar，N=2.2kW，2用1备。

加氯间：1座；尺寸：A×B=48.9×12.0m，H=7.2~4.5m；整流器2套，规格80V，50Hz，120kW，DC850A，130V；软水系统1套，溶

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盐系统1套，1套次氯酸钠存储系统，其中配有配氢气探测仪3套，全自动NaOCl发生器2台，单台投加量为1~20kg/h；酸洗系统1套，包含1个酸洗泵、酸洗箱；一套漏氯检测、报警装置；由于采用前后3点加氯，因此配有加氯恒压水泵各6台，规格均为Q=20m3/h，H=55m，N=11kW，3用3备。

回收水池：1座；尺寸：A×B=40.3×20.0m，H=4.5m；配有潜水泵2台，规格Q=20m3/h，H=40m，N=7.9kW，1用1备。

排泥池：1座；尺寸：A×B=30.3×15.0m，H=4.0m；配有行车虹吸式排泥机1套，规格L=14.3m，N=2×0.55kW。

污泥浓缩池：2座，直径14m，有效水深H=4m；每座配有螺杆泵各2台，均为1用1备，规格均为Q=5~50m3/h，H=0.3MPa，N=5.9kW。

贮泥池：2座；尺寸：A×B=15.3×7.5m，H{地下}=0.6m，H{地上}=4.4m；每座配有水下搅拌器3台，2用1备，规格N=7.9kW。

污泥脱水车间：1座；尺寸：A×B= 39.9×13.2m，H=4.5~7.8m；配有离心脱水机2台，规格Q=30m3/h，N=50kW，1用1备；污泥切割机2台，规格Q=0~40m3/h，N=1.9kW，1备1用；水平、倾斜水平无轴螺旋输送机各1台，规格Q=8~10m3/h，N=5.5kW；螺杆泵3台，规格Q=50m3 /h，H=0.2Mpa，2用1备。

2.7 仪器检测和采集控制系统

在中心控制室、进水混合井、折板絮凝平流沉淀池、V型滤池、加药间、加氯间、鼓风机反冲洗机房、超滤膜间、污泥脱水机房等处

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分别设置PLC监控站，通过PLC控制系统监控全厂的生产过程，从而确保对来水净化进行自动控制，以降低能耗物耗，同时做好设备的定期维护、检修、更换，以保证设备在良好的工况下运行。选用先进的控制系统和仪表，对每个净水构筑物的浊度、色度、余氯、pH、压力、流量等指标实现连续自动监测，通过PLC实现最佳控制，合理调整工况，保证各个工艺设备高效工作。

3.运营效果总结

厦门市西山水厂自投产以来, 全厂构筑物设备均运行稳定，包括净化系统、调压系统运行平稳可靠, 取得了良好的经济效益，目前运行成本仅为0.42元/m3。运行效果总结如下：

（1）西山水厂根据附近水源分布、使用情况，管道布设情况，以及交通环境进行了合理选址，厂区布置做到了近远期结合，功能分区明确，构（建）筑物布置紧凑，自动化程度高，达到了设施紧凑、管理便利的效果。（2）本厂运行费用较国内大部分水厂偏低，通过采用超滤膜系统作为深度净化工艺，一定程度上可达到节能降耗的目的。（3）本厂自试运行以来，出水水质106项指标远低于《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006）标准要求。截止目前4个月的平均出水浊度为0.042NTU，已经达到国内领先水平；由此可见深度处理选用超滤膜工艺，可使出水的浊度大为降低，解决了众多水厂出水浊度难以达标的难题。

（下转第32页）

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果优于常规絮凝工艺。

（5）当二次投加PAC的量为0.5mg/L时明显增加了出水铝含量超标的风险；当二次投加PAC的量为0.3mg/L时滤后水铝含量远低于国标限值。

参考文献:

图9　滤后水中铝的含量

[1]…王中民，胡瑞景，廖凤京，等.微絮凝过滤技术在深圳水厂的应用[J].西南给排水，1991，（2）：6~11

[2]…孔宇.二次微絮凝强化过滤净水工艺设计[J].中国给水排水，2011，27（24）：50~52

[3]…洪觉民.进一步提高浙江省自来水厂的出厂水水质[J].中国给水排水，2006，22（2）：17~19

[4]…徐兵，陈伟.微絮凝强化过滤在嘉兴贯泾港水厂的应用[J].中国给水排水，2009，25（12）：57~59

作者通联：lily_mk88@126.com

3.结论

（1）当待滤水浊度在4NTU以下，常规絮凝工艺与二次微絮凝工艺对浊度的处理效果相当；当待滤水处于4~9NTU时，二次微絮凝工艺有效降低滤后水的浊度。

（2）不论常规絮凝工艺还是二次微絮凝工艺，只要把待滤水浊度控制在1NTU左右，滤后水浊度可以控制在0.1NTU左右。（3）二次微絮凝工艺对TOC的处理效果都优于常规絮凝工艺，平均去除率可以提高4%左右。（4）二次微絮凝工艺对三氯乙醛的去除效

（上接第28页）

（4）V型滤池和超滤膜反冲洗废水，污泥浓缩池上清液和脱水间压滤液回收利用，减少了自用水量，平均可回收自用水3500m 3/d以上, 预计全年回收量130万m3。

厂的设计及运行[J].中国给水排水，2013，29（18）：42~46

[2]…徐俊.浸没式超滤膜技术在水厂升级改造中的应用及设计[J].中国给水排水，2016，32（2）：40~44

[3]…张自杰.排水工程（第4版）[M].北京:中国建筑工业出版社，2000

作者通联：522775@163.com

参考文献：

[1]…纪洪杰，于海宽.大型浸没式超滤膜水

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