玻璃钢盖板,玻璃钢加盖：杭州清泰水厂膜滤系统调试及运行

发布时间：2016-05-09 09:42:00 点击：

0前言

杭州清泰水厂设计供水能力为30万m³/d，始建于1930年，原采用常规净水工艺，随着水源水质的变化和市民对饮用水质要求的不断提高，按照杭州市供水专项规划，2008年底开始动工进行深度净水工艺技术改造，改造采用预臭氧-炭砂过滤-膜组合工艺，工艺流程如图1所示。除进、出水泵房、清水池及部分絮凝沉淀池采用原有构筑物外，其余均为新建。以不停水改造和满足高峰供水为原则，各工艺构筑物采用分阶段建成投运模式，其中絮凝沉淀池和炭砂滤池于2010年7月投运，臭氧投加接触系统和膜滤分别于2012年6月和2013年11月底建成投运。笔者对前期投运的絮凝沉淀-炭砂过滤过渡工艺曾经进行过阶段性运行总结，参见《给水排水》2012年第三期“炭砂滤池吸附工艺生产运行研究”，随着臭氧和膜系统的建成投运，笔者在此对膜系统调试和组合工艺运行情况进行整理总结。

1 水源及膜滤概况

1.1水源

清泰水厂原水来源于钱塘江，取水口位于钱塘江下游，受上游大环境和周边因素的影响较大，近几年原水水质基本介于Ⅱ-Ⅲ水体之间，主要污染物超标项目为耗氧量（高锰酸钾指数）、氨氮、锰、粪大肠菌群等，以冬季枯水季节时最为明显，贾第鞭毛虫也时有检出，另外还会有各类突发性的水源水质污染。2011-2013年原水水质见表1所示。

1.2膜滤系统

膜滤系统由原水泵系统、膜滤预处理系统、膜阀架系统、反洗系统、CIP/EFM 化学清洗及加药系统、中和系统、鼓风系统、空压机系统、控制系统和管线系统等组成。

清泰水厂膜滤系统处理能力为30万m³/d，包括29.5万m³/d的主过滤系统和5万m³/d的反冲水回收系统。主过滤系统设计最大膜通量为100L/m²·h（15℃），由两套相对独立的子过滤系统组成（以下称为1^#膜组和2^#膜组），每套子过滤系统包含4台变频提升水泵（3用1备）、7台保安过滤器（6用1备）和9列膜架（其中1列为在线备用），每列膜架有168个膜柱。提升水泵额定流量和扬程分别为2350m³/h和24米，保安过滤器过滤精度为300um。反冲水回收系统（下称为3^#膜组）设计最大膜通量为60L/m²·h（15℃），负责1^#和2^#主过滤系统反冲洗水的回收过滤，包含2台进水泵（1用1备）、3台保安过滤器（2用1备）和2列膜架（其中1列为在线备用），每列膜架有86个膜柱。进水泵额定流量和扬程分别为280m³/h和24米，保安过滤器过滤精度为300um。膜系统简图见图2所示。

膜柱高2米，直径150mm，外壳为ABS材质。每个膜柱内含6350根膜丝，膜丝为PVDF中空纤维，过滤精度为0.1um，为外压式过滤。单支膜过滤面积50m²。

2 膜系统调试及启示

膜滤系统于2013年7月底开始单机调试，10月22-24日及11月4-6日对2^#膜组及1^#+3^#膜组分别进行了48小时的联动调试，11月29日进入试运行。总的说来，调试进展还是比较顺利，但我们同时也发现，由于国内膜工程普遍缺乏充足的设计、安装、运行管理等标准、规范或经验，清泰水厂膜滤系统也不可避免在系统设计、设备采购供货等方面存在一些欠缺或无奈之处，作为经验总结，我们希望类似工程建设单位引起重视，同时也为今后设计、设备、材料采购等提供借鉴。

2.1 膜系统与前置工艺的水量匹配调节困难

按膜系统常规运行设计，膜进水应该是近乎恒流量运行，但在清泰水厂实际运行中，由于水厂清水池调节容量不到10%，而杭州用水时变化系数较大，为满足用水量需求，水厂一天内瞬时进水流量最高可达14000m³/h，最低仅4000 m³/h，使得炭砂滤后流量（即进入膜系统总流量）变化幅度相当大，虽然膜前设置了提升水池，但实际可调节容量仅2000m³左右，无法满足水厂流量瞬间大幅变化的调蓄要求，由此带来几方面的影响：一是炭砂滤后流量较高时，超出膜滤系统最大容许处理能力，膜提升水池将满溢；二是炭砂滤后流量较低时，膜滤系统原基于恒流量情况下确定的反冲频率会造成膜系统过度冲洗，浪费水量和能耗；三是原确定的炭砂滤后流量较高时和膜提升水池液位联合控制模式无法适用所有的运行工况，低炭砂滤后流量工况下因液位下降过快到达低保护水位将导致膜系统停机，液位恢复系统又自动启动，导致系统频繁启停。

针对上述问题，采取了相应对策：1、提升水池高液位时联动开启炭砂滤后水超越至清水池的超越阀门，使超出膜滤系统容许流量的多余水量超越膜系统直接进入清水池；2、将原设定的固定时间（达到30min即冲洗一次）周期冲洗模式改变为固定流量（达到400m³过滤流量即冲洗一次）周期冲洗模式，以降低反冲水量消耗，并设时间保护上限为1h，此时即使流量周期不满足，阀架也要进行反冲洗；3、低炭砂滤后流量工况时调整为按提升水池液位自动运行方式，避免系统频繁启停。

上述问题是膜系统调试中碰到的最大的问题，涉及水厂是否能安全运行、膜系统是否能正常运转、系统运行时是否最节能经济及系统人工干预是否尽可能少等诸多因素，同时这也是我们要提醒所有将进行类似工程建设的业主单位要特别注意的问题。

上述问题也提示我们在水厂原有工艺流程中增加膜处理工艺，除了关注日制水总量，还应该关注水厂瞬时进水流量及其变化规律，是通过设计足够大的清水池、膜提升水池来保证膜的恒通量运行，还是充分利用管理调度手段进行人工干预、维持水厂原有运行模式、使膜在变通量下正常运行，均需要经过充分的论证。

2.2 反冲洗水回收系统（3^#膜系统）反冲洗水来源单一

1^#和2^#主过滤膜组分别有各自的产水母管接入不同清水池，3^#膜系统反冲洗水即来源于1^#膜组产水母管，当1^#膜组对应的清水池进行清洗维护时，1^#膜系统将停止运行，但同时3^#膜系统由于没有反冲水来源也将不得不停止运行，系统反冲洗水将不得不直接外排，整个系统水回收率将明显降低。如果将3^#膜系统反冲洗水从2^#膜系统产水母管再引出一路则可解决此问题，但目前限于现场条件暂无法实施。

2.3 膜气水反冲时排出水形成“回头潮”，致水外溢

膜反冲排水时，水由排水管道直接水平排入排水支渠，然后进入排水总渠至回收水池，排水支渠和总渠均上覆玻璃钢盖板，调试过程中发现，流速较大的反冲排水由排水支渠进入排水总渠时，遇到排水总渠的侧壁，产生剧烈的紊流翻腾，形成类似“回头潮”现象，如图3a所示，导致水流冲击移动上覆盖板，继而溢出排水总渠。针对此现象，我们在支渠与总渠连接处专门定制了304不锈钢（06Cr~19Ni10）连体式盖板，如图3中阴影所示，与渠道锚固形成一个整体，有效解决了“回头潮”现象。

2.4 膜柱布置过于紧凑

1^#、2^#膜子过滤系统中，每个膜架均由168根膜柱组成，膜柱分成4排，每排42根膜柱，膜架俯视图见图4，布置比较紧凑，可节约占地，但是在检修或更换内侧两排中的某个膜柱时，必须同时移除外侧对应的两个膜柱，如图4中斜线阴影所示，给日后维修维护带来诸多不便。该布置主要是考虑清泰水厂占地小，但对于其他类似工程，提示我们膜系统的设计上必须充分考虑检修便利性。

2.5气动阀门限位开关调试影响工程进展

膜系统所有的运行都要靠气动阀门的开闭来实现，单列膜架有21个气动阀门，主过滤系统18列膜架共有378个气动阀门，只要其中1个阀门不能正常启闭，则整列膜架都有可能无法正常运行。清泰水厂膜系统气动阀门阀体和电动头采用不同厂家产品，全部的整合调试工作均在工地现场完成，在现场调试时多次出现阀门限位不到位的情况，造成阀门或者关不严或者关过头打不开，需要人工反复调整限位。关不严时采用保压试验判定调校，关过头时通过系统报警判定调校。由于大量阀门的限位调校导致整个工程进展耽搁了一个多月。

这个问题也给我们设备招标一点启示，在气动阀门招标时应提出阀门限位调校要求，明确由膜厂家提出阀门运行压力要求，由阀门厂家根据运行压力做好全部调校工作，以节省大量的现场调试时间。

2.6膜系统完整性检测所用空压机（微油机）对膜的影响

按照膜厂家提供数据，膜用气要求是“颗粒直径小于0.01微米，油含量小于2mg/L”，而微油空压机在运行过程中可能导致油随气进入系统，虽然厂家在冷干机后增加了两级滤芯，但由于操作人员在给空压机减压阀加油时加量难以控制，且如果滤芯维护不及时，均会导致过多的油进入膜系统，对膜系统产生不可预估或不可逆转的影响。因此建议同类膜系统采购中须明确空压机为无油机。

2.7碱洗采用的固体氢氧化钠溶解放热导致管路变形损坏

膜系统在运行一段时间后需进行维护性清洗（EFM）和在线化学清洗（CIP），CIP清洗中使用碱剂之一为氢氧化钠，调试中采购的是固体氢氧化钠，将固体氢氧化钠在药剂罐在药罐中进行溶解后用泵经PVC-U管输送至膜滤系统，由于固体氢氧化钠溶解过程中放出大量热，而溶解后的液体未得到充分的冷却即开始输送，导致PVC-U管路受热变形，所有PVC-U管路重新更换。提示我们膜调试中要注重细节，氢氧化钠宜采用液体。

3 膜试运行情况及组合工艺处理水质

试运行过程中，膜系统能够正常自动运行，日产水量满足设计要求的30万m³/d（水温≥15℃）和25万m³/d（水温5-15℃），超过99.99%的时间，出水浊度<0.05NTU细菌、两虫去除率测试需在实验室条件下模拟足够的进水标本方可进行，实际运行中由于涉及水厂运行安全，因此无法对厂家承诺的两虫6log和细菌4log去除率进行验证检测。

膜系统运行参数为：主过滤系统膜通量小于等于100L/m²·h（15℃），跨膜压差0.05-0.12Mpa，平均0.08 MPa（20℃），物理清洗频率30min，清洗时间60s，EFM（通量提升维护）清洗频率2天，CIP（原位在线清洗）清洗频率35d。反洗水回收系统物理清洗频率15min，清洗时间60s，EFM清洗频率1d，CIP清洗频率30d。系统单位电耗0.0715kW·h/m³，水回收率99.4%。

预臭氧、炭砂滤池及膜组合工艺处理水质见表2所示。

从表2中可以看出，膜对浊度和微生物具有良好的去除效果，对COD_Mn、氨氮略有去除，但效果不甚明显。

4 结语

（1）膜滤工艺处理规模确定除了应关注日制水总量外，还应该关注水厂瞬时进水流量变化规律，是通过设计足够大的调节水池来保证膜的恒通量运行，还是充分利用管理调度手段进行人工干预使膜在变通量下正常运行，需要结合处理水质、水量变化情况、系统投资、运行成本等进行充分论证。

（2）膜系统设计时，除了应考虑工艺运行的可行性、经济性，还要多一些人性化设计，充分考虑日常运行管理、检修的便利性。

（3）膜系统相关设备、材料的选择同样关乎膜系统能否正常运行，要从调试和长期运行安全角度确定这些设备、材料的技术要求。

（4）生产实践表明，膜对浊度和微生物具有良好的去除效果，对COD_Mn、氨氮去除效果不明显。