管式膜超微滤在奥运中水项目中的应用
应北京排水集团的邀请，本管式膜超微滤设备与其它国内外共十二个厂家同类产品，集中安装在北京市北小河污水处理厂内示范试验基地，利用该厂二沉池出水制备奥运公园用中水补水。主要试验目的是考察污水处理回用的膜组件，膜工艺及膜设备。经过连续180天的运行，经主办单位统一取样化验。本管式膜超微滤在产水量、出水水质、吨水费用等指标均达到设计要求，特别在原水水质变化较大条件下，一直能稳定运行不自动停机。
一、试验设备与方法
1、工艺流程
试验工艺流程。
原水取自北京北小河污水处理厂二沉池，经加药微絮凝后直接进入TCMF-2型连续微滤，设备出水进清水池，由北京林业大学用于现场的浇花和养观赏鱼观察。
2、试验设备
TCMF-2管式超微滤设备是深圳恒通源水处理科技有限公司研发的TCMF系列连续微滤设备。TCMF-2管式超微滤设备是由加药系统、微絮凝、管式膜组件、独特的组合式脉冲反冲洗系统、CIP化学清洗系统和PLC自控系统等所组成。二沉池出水投加杀菌剂混凝剂，经由管式混合器混合后进入混凝罐，混凝罐由增压泵压入微滤膜组件过滤，从而实现固液分离，获得所需要的中水。管式膜超微滤是国内唯一具有自主知识产权的专门用于污水处理回用的膜设备。
3、试验方法
TCMF-2连续微滤试验设备设在北京北小河污水处理厂示范试验基地,所有厂家设备同堂竞技，由主办单位统一取样统一记录。
试验用水采用二沉池出水，二沉池出水水质。
试验出水水质指标采用《污水回用设计规范》（2001年）中的城市杂用水水质标准，试验出水水质指标。
北京市奥运中水办定时采集水样并分析其CODCr、总氮、总磷、浊度、氯化物、TDS等指标，水质分析采用标准分析方法，由此可得以下试验结果。
二、运行结果分析
1、膜通量与运行压力、反冲间隔时间的关系
水通量与由膜堵塞和压力的污染物在膜表面的增厚而引起的膜污染有关，本中试所用连续微滤设备在设计时已采用错流过流和亲水性膜表面材料配方，在一定程度上降低了膜污染。实验设备采用小试得出的膜组件最佳反冲压力0.25Mpa，最佳反冲时间12秒。
在不同的运行压力下，膜通量在前6分钟内迅速下降，而后有一段稳定期，随时间推移，下降速度又突然加大。运行压力越大，水的膜通量也越大，运行压力为0.12-0.15Mpa时，反冲洗间隔为18分钟时膜通量为190-220L/m2.h，反冲洗间隔为30分钟时膜通量为186-217L/m2.h。随着运行时间的增加，膜通量的变化曲线呈S形，下降趋势为先急中平后稳，平缓期约是第一个急剧下降区的一倍，持续约12分钟。膜通量随着运行压力的增加而呈S形增长，而吨水电耗随着运行压力的增加呈倒S形下降趋势，但运行压力过大虽然通过膜通量的快速增加，吨水能耗有所下降，但在低水通量下过滤设备操作稳定，能耗也较低，若水通量超过临界通量时，易形成不可逆的膜污染，对膜有较大的损害，故在两种气水反冲洗隔下，吨水能耗的最佳运行压力应维持在0.12-0.15Mpa。最佳吨水能耗在平均反冲间隔为30分钟时（0.55KW.h/t），但从综合膜通量与时间的关系来考虑，为达到较好的反冲洗效果，气水反冲应在膜通量再次急剧下降之前进行，故将最佳反冲间隔时间定为18分钟。
2、CODCr的去除
试验设备对CODCr有较好的去除效果。进水CODCr浓度为63.2mg/L～186.0mg/L，出水CODCr浓度为33.1mg/L～43.6mg/L，去除率为31～78%，平均去除率为54%。出水水质较为稳定，出水CODCr浓度一直稳定在45mg/L以下，出水CODCr浓度均值为39.7mg/L，小于《污水回用设计规范》（征求意见稿）（2001年）中城市杂用水水质标准50mg/L的规定。这表明对于处理对象以生活污水为主的污水处理厂来说，二沉池出水中的CODCr主要呈悬浮或溶解状态，且以悬浮状态的颗粒有机物质和溶解性的大分子有机物质为主，而微孔滤膜对这些有机物质有较好的截留去除作用。悬浮状态的有机物的去除主要依靠膜孔的筛滤作用，而溶解性的有机物质的截留去除则主要是通过膜表面沉积层的筛滤和吸附作用完成，部分是由膜面和膜孔吸附作用完成。
3、总氮的去除
试验设备对总氮去除效果不明显。试验设备进、出水总氮浓度及其去除率,进水总氮浓度为29.5mg/L～42.2mg/L，出水总氮浓度为26.2mg/L～32.7mg/L，出水总氮浓度均值为29.8mg/L，平均去除率为9%。但总氮的去除率波动较大，这是因为管式超微滤设备不存在氨氮的硝化、硝氮的反硝化及化学去除作用，对总氮的去除仅以膜表面沉积层的吸附作用为主，而膜表面的沉积层是极不稳定的，它随着过滤和气、水反冲的交替进行产生和消失，并与进水水质有着密切的关系。
4、总磷的去除
试验设备对总磷有一定的去除效果。试验设备进、出水总磷浓度及其去除率，进水总磷浓度为3.57mg/L～7.42mg/L，出水总磷浓度为2.90mg/L～5.22mg/L，出水总磷浓度均值为4.16mg/L，去除率为7～46%，平均去除率为25%。污水中磷有三种形态：有机磷酸盐、聚磷酸盐和正磷酸盐，由于在北小河污水处理厂常规好氧生物处理过程中，大多数有机磷和聚合磷转化为正磷酸盐，因此二沉池出水中所含有的磷大多数是溶解性的。而在二沉池出水里加药，通过混凝，化学药剂与磷反应生成不溶性磷酸盐，然后通过沉淀、粗滤和微孔滤膜的截留与吸附作用使磷得以部分去除。
5、浊度的去除
试验设备能够高效地进行固液分离，出水浊度较为稳定，几乎不受进水水质的影响。进水浊度为7.46～41.6NTU，出水浊度为0.16～0.65NTU，出水浊度均值为0.44NTU，去除率为92～99%，平均去除率为97%。出水浊度均在1NTU以下，远远低于《污水回用设计规范》（征求意见稿）（2001年）中城市杂用水水质标准5NTU的规定。二沉池出水中的浊度主要是由水中的呈悬浮状态的颗粒和胶体物质所造成的，通过在二沉池出水中加药，使水中的悬浮颗粒和胶体物质絮凝、聚沉，再经由粗滤和微孔膜滤，将水中大于膜过滤精度的全部物质和小于过滤精度的部分物质除去，从而得到了好的出水浊度。
6、其它污染物的去除
试验设备对氯化物和TDS没有去除效果。由于对二沉池出水加药，反而向水中引入了新的溶解物，使水中的氯化物和TDS浓度有所升高。试验设备进水氯化物浓度均值为94.2mg/L，TDS浓度均值为466mg/L；出水氯化物浓度均值为100.4mg/L，TDS浓度均值为467.7mg/L，均远低于《污水回用设计规范》（征求意见稿）（2001年）中城市杂用水水质标准氯化物浓度300mg/L和TDS浓度1000mg/L的规定。
上述结果表明，TCMF-2管式超微滤设备的出水水质优于《污水回用设计规范》（征求意见稿）（2001年）中的城市杂用水水质标准，经消毒后可用来冲厕、道路清扫、消防、园林绿化、洗车和建筑施工等。
三、暴雨的挑战
2007年5月27日北京地区夜晚突降暴雨，二沉池水质突然变坏，参与试验的膜设备几乎全部报警，停机或严重堵塞，不能连续工作。此时唯有TCMF-2连续微滤工作正常。所不同的是反冲频率加快，由原来的30min反冲一次，自动改为18min反冲一次。当天的进水、CODCr为186mg/L，出水为40.6mg/L，去除率达78.2%。
四、独特的组合式脉冲反冲洗
1、压缩空气反冲系统
即以高压空气为介质，从过滤方向的反方向利用高压空气爆炸式的脉冲反洗。它的作用是采用压缩空气将膜表面的滤饼、污染物、凝胶层及膜孔内颗粒污堵物瞬间吹开（但未完全脱落）。储气罐压力为0.8MPa，瞬间反冲持续时间2~3S，每平方米膜用气量为0.5~0.8L/m2•;;次。每次回气气反冲要连续2~3次即可。由于压缩空气的较强穿透力，效果一般较佳，是组合式脉冲反冲的主要手段之一。
2、水反洗
水反洗用膜的透过水。水反洗需要自动控制运行，通过PLC编程设置停止正常过滤程序。进行反洗程序。
此时，过滤水泵，进水气动蝶阀均关闭，打开排污阀14，启动反洗水泵12。开始反冲洗，反冲持续时间2~3min。一般采取低压大流速。水流应为过滤流速的1.5~2倍。反洗水一般占总产水量的3~7%之间。
无论气反冲、水反洗都只能缓解污堵程度，但不可能完全恢复到起始的膜通量。
3、加强洗
加强洗是介于正常周期反洗与化学清洗之间的一种加药清洗，所加药剂视污染性质而定，可选择酸、碱或表面活性剂等。关掉原水泵、启动加强洗水泵，将药剂直接泵入膜组件内腔，进行化学解析，一般浸没停留时间10~15min之后排空，又开始正常的周期过滤。
4、化学清洗
化学清洗能够彻底的恢复膜的起始通量。化学清洗的药剂要视不同污染类型而定。清洗期间穿插浸泡、气反冲和低速循环、但在回路上增加过滤器以拦截清洗液中的颗粒物，防止反向污堵。化学清洗周期以地表水为水源的每30天~45天进行一次。废水处理每月进行1~2次，个别情况下周期更短些。化学清洗以手动为宜。
五、结论
(1)TCMF-2管式超微滤设备对城市污水厂二级出水进行中水回用处理的效果非常明显，对悬浮固体、胶体等污染物具有显著的过滤去除作用。二沉池出水连续微滤设备处理后出水CODCr均值为39.7mg/L，浊度均值为0.44NTU，均明显优于《污水回用设计规范》（2001年）中城市杂用水水质标准中的相关规定。
(2)连续微滤设备对二沉池出水中的CODCr、浊度有较高地去除率，平均去除率分别为54%和97%；对总磷有一定的去除作用，平均去除率为25%；对总氮去除不明显；对氯化物和TDS没有去除作用。
(3)TCMF-2管式超微滤设备把微絮凝技术与先进的管式膜超微滤技术有机结合在一起，不需要复杂的前处理，具有工艺流程简单、处理效率高、耐冲击负荷、占地少、工艺先进、自动控制和运行管理方便等特点。
(4)由于TCMF-2管式超微滤设备采取了独特的组合式脉冲反洗技术处理污水，不怕污堵，易反冲，从而保证了连续稳定运行。
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