30萬噸/天 運行4年的大型壓力式膜系統運行效果
杭州清泰水廠壓力式膜系統設計總凈產水量30萬m3/d，采用壓力式中空纖維膜。通過對已經投運近4年的水廠長期運行效果的研究，總結了整個處理工藝的凈水效果，膜系統運行中的電耗、藥耗以及長期運行中跨膜壓差、滲透率的變化。
1水廠工藝流程及出水水質
清泰水廠膜過濾深度處理系統采用壓力式中空纖維膜，全系統設計總凈產水量30萬m3/d，由主過濾系統和水回收系統組成。
主過濾系統由2套完全獨立的子過濾系統組成，2套主過濾(分別稱為1#和2#)系統共18列膜架，每天凈產水29.5萬m3，設計通量為100L/(m2˙h)，采用死端過濾;水回收系統(稱為3#)共2列膜架，負責主系統清洗水的回收過濾，每天凈產水5000m3/d，設計通量為56L/(m2˙h)，采用錯流過濾，錯流的比例為10%。
工藝流程見圖1。經過近4年的運行，整個工藝流程進出水水質見表1。
從運行結果可以看到，膜系統對濁度和微生物有很好的去除效果，出水的濁度平均在0.02NTU，出水的總大腸菌群<1MPN/100mL，大大提高了出水的微生物安全性。但是膜系統對有機物和氨氮去除很少，有機物和氨氮主要在炭砂濾池得到去除。
2膜系統運行參數及情況概況
清泰水廠采用的膜參數見表2。
膜系統于2013年4月開始安裝，8月完工，2013年底通過性能測試，轉入正式產水階段。膜系統運行中，隨著運行時間的增加，在一定的產水量下，其跨膜壓差不可避免會增長。因此，如何在跨膜壓差增加后，通過清洗恢復到原來的狀況是運行中首先要考慮的問題。清泰水廠在運行中，通過3種清洗來盡量減緩膜污染，保持運行的長期穩定。
首先，每30min進行一次物理清洗，每次清洗的時間為60s的氣水聯合反洗和30s的正沖。氣水聯合反洗時，反洗水流量和空氣流量均為300m3/h。
其次，每2天進行一次EFM清洗(維護性化學清洗)。EFM清洗采用400mg/L的NaClO溶液，清洗循環持續時間為30min。
然后，每35天進行一次CIP清洗(在線清洗)。CIP清洗分堿洗和酸洗，其中堿洗為1%NaOH+1000mg/LNaClO混合溶液，循環時間120min。酸洗為2%的檸檬酸溶液，循環時間為120min。
經過近4年的實踐，上述3種清洗方式有效地控制了膜污染，使得膜系統一直能夠長期穩定運行。
3膜系統長期運行情況
3.1運行中TMP的變化
一般膜系統有兩種運行方式，即恒流過濾或恒壓過濾。恒流過濾狀態下，通過考察壓力變化，可以掌握膜的運行情況;恒壓過濾狀態下，通過考察流量的變化，可以掌握膜的運行狀態。隨著城市改造進程中屋頂水箱的取消，杭州市各水廠的時變化系數明顯增大，受水廠清水池調節容積(約為10%)的限制，實際水廠運行中，既不是恒流過濾，也不是恒壓過濾。運行發現，膜的運行壓力和流量隨時都在變化，因此，為了使數據更有可比性，選取同樣運行通量下，膜的TMP進行分析比較。圖3為膜系統投運3年來，每次CIP清洗前后同通量時的運行情況。
從圖3中可以看出，總體來看，TMP在冬季與夏季期間呈現有規律的升高和降低的趨勢，冬季高夏季低。CIP清洗前TMP變化范圍在49~88kPa，平均TMP為62kPa，清洗后TMP變化范圍在44~61kPa，平均TMP為51kPa，平均每次下降值為11kPa。
3.2運行中滲透率的變化
運行中，除了要關注實際TMP的增長情況，還要關注每一次清洗后，膜性能的恢復情況。為了消除溫度和運行通量不同等因素的影響，選取相同運行通量下的滲透率來進行比較(見圖4)。
從圖4中可以看出，3年中，CIP清洗前的滲透率變化范圍在1.189~1.579L/(m2˙h˙kPa)，平均為1.358L/(m2˙h˙kPa)。CIP清洗后的滲透率變化范圍在1.495~1.987L/(m2˙h˙kPa)，平均為1.687L/(m2˙h˙kPa)。滲透率隨著季節有規律地波動，一般在冬季較高，夏季較低。
為了更好地衡量清洗對膜的恢復效果，將膜第一次清洗后，通量為80L/(m2˙h)時的初始滲透率值1.88L/(m2˙h˙kPa)作為比較標準，以后每次清洗后的滲透率值都與該值進行比較，用來衡量膜的恢復性能。結果見圖5。
從圖5中可以發現，在長期運行過程中，膜的滲透恢復率呈現有規律的變化，且一直維持在較高水平，說明膜污染得到有效的控制。膜的滲透恢復率在79.5%~105.7%波動，平均為89.4%。最初有3次的恢復率超過了100%，可能是因為第一次CIP清洗后，膜的性能沒有徹底恢復，而在后面幾次得到了徹底的恢復。
同時，從圖5中也可以發現，滲透恢復率隨著溫度的升高，有所降低。這可能與滲透率計算過程中，修正系數的值有關。也可能與季節溫度不同時，膜受的污染不同有關，在溫度低的季節，膜受的污染比較容易恢復，而在溫度高的季節，膜受的污染不容易恢復。
4膜系統運行成本分析
在膜運行過程中，藥劑主要用于化學清洗。堿洗用的是10%的次氯酸鈉溶液以及氫氧化鈉溶液，酸洗用的是檸檬酸。根據原設計，在清洗廢液的中和過程中，需用亞硫酸氫鈉對次氯酸鈉進行還原，但在實際運行過程中，發現并不需要使用，因此，實際并沒有用到亞硫酸氫鈉。膜系統投運后，經過統計，其藥耗為0.006元/m3。
經過統計，電耗為0.0689kW˙h/m3(合同簽訂值0.0715kW˙h/m3)，電費按照0.8元/(kW˙h)計算，則電耗為0.056元/m3。膜系統總運行費用為0.062元/m3，其中電耗占90.32%，藥耗只占9.68%。可見，膜系統最大的運行費用在電費。
5結語
(1)膜系統長期運行結果表明，膜對有機物和氨氮基本沒有去除效果，但是對濁度和微生物具有很好的去除效果，其出水濁度平均在0.02NTU，出水大腸菌群數<1MPN/100mL。
(2)膜系統采用氣水聯合反洗并結合EFM清洗及CIP清洗，有效地控制了膜污染，系統運行近4年來，跨膜壓差、滲透率等主要控制指標均沒有明顯上升。
(3)膜系統運行中，總運行費用為0.062元/m3，其中電耗占90.32%，藥耗只占9.68%。
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