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超滤膜技术在西山水厂工程设计中的应用

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水处理技术与设备

2020年第1期

CITY AND TOWN WATER SUPPLY

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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