PVC合金超滤膜在台湾某30万吨/天给水厂中的应用
来源：海南立昇净水科技实业有限公司 阅读：2934 更新时间：2009-07-31 16:54摘要 台湾某地水源由于受到工业废水污染而水质急剧恶化，为此台湾某地30万m3/d的给水厂采用PVC合金超滤膜系统进行升级改造。实际工程运行结果表明，超滤系统在去除浊度、细菌等方面的都达到了良好的处理效果，其中出水浊度小于0.1NTU，无细菌检出，运行压力为0.05MPa～0.08MPa，化学清洗周期为3-6个月。该超滤系统的直接投资成本约为250元/m3，直接运行费用约为0.10元/m3/d。
关键字 PVC合金超滤膜、给水厂、浊度、细菌
1. 前言
台湾某地区自来水原水近年来因遭受工业废水污染，水质急剧恶化，给水厂无法有效保障水质安全，主要存在浊度、嗅味、色度、口感差等问题，市民反映强烈；而该地区工商发达、人口密集，自来水需求量与日俱增。由于市民生活水平的日益提升，对于用水的水质要求也日渐严格，该地区民众多年来不断要求提高饮用水水质。
自来水公司为改善饮用水水质，推动了该地区自来水水质改善工程计划，而“A和B水厂增设高级处理设备工程”则为此计划之一。该工程总设计供水量为30万m3/d，其中，A厂的最大供水量为6万m3/d，B厂的最大供水量为28万m3/d，由台湾金棠科技股份有限公司承建并负责运行。
2．原水水质以及原有工艺存在问题
2.1 原水水质
原水受污染严重，水质较差。从表1可以看出，多项水质指标需要进行大幅改善，如浊度、色度、嗅味、硬度、总溶解性固体、微生物、可同化有机碳等。
表1 原水水质及处理出水要求
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水质指标 |
单位 |
原水 |
出水要求 |
|
浊度 |
NTU |
16～230 |
＜0.2 |
|
色度 （铂钴法） |
PCU (Pt-Co Unit) |
6～15 |
3 |
|
总硬度 |
mg/L |
300 |
＜150 |
|
总溶解固体 |
mg/L |
|
＜250 |
|
pH |
— |
6.0～7.6 |
6.0～7.6 |
|
NH4+-N |
mg/L |
0.15～0.2 |
0.08 |
|
臭度 |
TON(Threshold Odor Number) |
4～11 |
1 |
|
TDS |
mg/L |
500 |
250 |
|
可同化有机碳 |
μg/L |
650 |
50 |
|
总菌落数 |
CFU/ ml |
106 |
1 |
|
大肠杆菌群 |
CFU/100ml |
105 |
＜0.0 |
|
Fe |
mg/L |
0.1～1.96 |
0.25 |
|
Mn |
mg/L |
0.03～0.19 |
0.04 |
|
HAA5 |
μg/L |
－ |
30 |
|
TTHMs |
μg/L |
－ |
30 |
2.2 原有工艺存在的问题
该地自来水厂原有工艺是“混凝－沉淀－过滤－消毒”的传统工艺，主要去除水体中的悬浮固体、胶体物质和细菌等，对水中的有机污染物也有一定的去除作用。但是由于水原水质的严重恶化，该工艺根本无法保障饮水的水质安全性：
1）无法将浊度降到较低的水平；
2）对色度、嗅味控制效果差；
3）饮用水的微生物安全性难以有效保障；
4）对有机物去除效果较差，无法将消毒副产物控制在较低的水平，同时降低AOC浓度，保障饮水在管网中的生物稳定性；
5）对硬度、总溶解性固体、铁、锰金属离子去除效果很差。
由此可见，该地自来水厂需采用高级净化处理技术，方可满足出水水质要求。
3 净水工艺流程
3.1 净水工艺的选择
膜分离技术被称为21世纪的净水技术。超滤能够去除水体中的悬浮物、胶体、大分子有机物、细菌、病毒、致病原生动物，运行压力低，使用寿命长，目前在市政饮水处理中应用最为广泛；反渗透能够有效去除水体中的总溶解性固体、硬度、有机物、溶解性离子等。因此选择了在传统工艺的基础上增加超滤和反渗透工艺，以满足出水要求。
项目前期选择了若干家超滤膜产品进行了中试试验，通过长期的比较论证，在对超滤膜产品的各项技术指标综合评价的基础上，最终选择了PVC合金毛细管式超滤膜。PVC合金毛细管式超滤膜，利用PVC原料，采用不同于传统相转化法制膜的思路，通过改性，改善了其亲水性能和其它物理性能。具有如下几个优势：超滤膜的过滤精度高，平均孔径为0.01µm，截留分子量为5万道尔顿；低压大通量；抗污染能力强；使用寿命长。
3.2 净水工艺流程
该地给水厂的工艺流程图如1所示。UF系统的主要功能是去除水体中的悬浮物、金属氧化物、胶体、大分子有机物、致病微生物，降低色度，控制嗅味等，将浊度小于0.1NTU以下，以保护后段低压反渗透系统免于阻塞。反渗透系统主要是去除水中的硬度、总溶解性固体、溶解性离子等等。超滤系统出水部分进入反渗透系统，部分直接进入清水池与反渗透出水进行勾兑，以保证清水池出水有适度的硬度。
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 |
3.3 超滤系统的单元设计
该水厂所采用的PVC合金超滤系统单元以及部分运行参数如表2所示。图4是B厂超滤系统图片。
表2 给水厂超滤系统单元
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项目 |
A厂 |
B厂 |
|
套数 |
3套 |
17套 |
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膜组件支数 |
180支/套 |
180支/套 |
|
单套产水量 |
|
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总产水量 |
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图4 B厂超滤装置
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4超滤系统的出水水质与运行状况
4.1 超滤系统出水水质情况
该超滤系统出水水质如表3所示，可见，超滤出水在浊度、色度、细菌总数等方面都达到了良好的处理效果。
表3 超滤系统出水水质
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水质指标 |
单位 |
UF出水 |
|
浊度 |
NTU |
＜0.1 |
|
SDI15 |
－ |
1 |
|
色度 |
PCU |
3 |
|
细菌总数 |
CFU/ml |
未检出 |
|
大肠杆菌群 |
CFU/100ml |
未检出 |
|
Fe |
mg/L |
0.05 |
|
Mn |
mg/L |
0.1 |
4.2 超滤系统的运行状况
图5是系统稳定运行1年多的数据。从图中一年多的运行数据可以看出，超滤系统非常稳定，运行压力仅为0.05 MPa～0.08MPa，反洗周期为45min,反洗时间为40秒，反洗水量为7m3/h·支（每支膜组件面积为40m2），超滤系统的产水率为95%。化学清洗周期为3-6个月，化学清洗药剂为0.5%的氢氧化钠和500mg/L的次氯酸钠，以及0.5%盐酸，每次化学清洗后都能恢复到原有的水平。
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5 超滤系统的投资及运行费用分析
给水厂的工程核算表明，PVC合金超滤系统主要由超滤装置、进水泵、反洗泵、化学清洗装置以及管道、控制阀、监测仪表、自控设备等组成，直接投资成本大约为250元/m3。
超滤系统的运行费用主要分为能耗、化学清洗费用、换膜费用。该给水厂的运行表明，由于PVC合金超滤膜具有低压大通量的特性，电耗不超过0.1kWh/m3；超滤膜每隔3～6个月化学清洗一次，采用的药剂主要是次氯酸钠、盐酸、氢氧化钠等，价格低，耗量少；此外，PVC合金超滤膜的制造成本远低于传统制膜材料产品，若按5年使用寿命计算，该给水厂的换膜费用大约为0.0482元/m3，具体见表4。（备注：电费以0.5元/kWh计；膜使用年限以通常的5年寿命计。）
表4 给水厂超滤系统的运行费用分析
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序号 |
费用名称 |
单位运行成本（元/m3/d） |
|
1 |
电费 |
0.05 |
|
2 |
药剂费 |
0.008 |
|
3 |
更换膜组件 |
0.0482 |
|
4 |
设备折旧费 |
— |
|
5 |
日常维护检修费 |
— |
|
|
总计 |
0.099 |
6结论
台湾30万m3/d给水厂的工程实践证明，PVC合金超滤膜的出水浊度小于0.1NTU，能够完全除菌；直接投资成本约为250元/m3，运行成本（电费、换膜费用、药耗）约为0.10元/ m3。
