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【】为解决城市供水不足的问题，将主要用于净化水下超滤膜池的短程地表水处理系统扩展到全市第三家水厂。从区域、加工技术、水质、药品消耗,能源消耗和运行维护过程和工厂使用相同的原水和传统——先进的处理工艺系统,这个系统有低浊度水操作,处理效率高,等。同时也存在于有机污染物处理能力较低,操作维护和管理要求高。为其他扩建和新建水厂提供参考。

    a市有2套地表水处理系统。3水厂，一套是短流程处理系统。另一套是传统的深度长工艺处理系统，以高密度澄清器(以下简称高密度槽)、v型过滤器和臭氧活性炭为主要工艺。澄清膜池作为一种新型超滤技术，具有占地面积小、施工速度快、原水水质适应性强、出水水质好等优点。高密度池、v型滤池、臭氧活性炭的联合应用，具有工艺工段完整、水质保证高的优点。两种加工系统各有特点，在操作上各有优缺点，总结如下:

流程介绍

1.1澄清膜池短工艺系统

    除次氯酸钠和粉状活性炭外，无其他预处理工艺，澄清膜池后无其他深度处理工艺。澄清膜池是北京水集团的专利技术，其特点是传统处理与膜过滤处理在高度集约化的结构中融合。短流程技术(以下简称M流程)如图1所示。

短流程技术(以下简称M流程)如图所示

    M工艺主要设计参数:满载80000 M³/d，混合时间78s，絮凝时间13.2min。澄清水通量膜池设计24.4 L /(㎡˙h),膜池始终保持在45分钟。最大的跨膜压差(TMP)60 kpa。

澄清池膜反冲洗接头之间的气体和水用来冲洗,水反冲洗强度60 l /(㎡˙h),1.2 m /气冲洗强度(h˙)。回流冲洗每60 ~ 90min进行一次，空气-水混合物在30 ~ 80min冲洗90 ~ 120s。澄清膜池设置侧泥和底泥，底泥排出时间为8 ~ 24h，每次排出1 ~ 5min。

膜组件的保养化学清洗周期为6~15d，每次持续6~ 24h。使用200 mg / L NaClO解决方案。

1.2传统的深流程系统

    长工艺处理系统的常规工艺是高密度v型过滤，深工艺与臭氧活性炭结合，前端辅以臭氧前处理工艺。高密度水箱是由德力曼公司开发的集絮凝、沉淀、污泥浓缩、污泥回流为一体的高效水处理结构。

过程处理(以下简称S过程)

    主要设计参数为:满载150000 m3 /d，预臭氧用量0 ~ 2mg/L，接触时间5.6min。高密度混合时间为2min，絮凝时间为11min，降水时间为50min。凝固后时间0.5min。

v型滤池设计，过滤速率为7.95m/h，气-水联合反冲洗。臭氧用量为0 ~ 2.5mg/L，接触时间15.8min。碳吸附罐的设计接触时间为9.84min，分别用水冲洗。

建筑面积比较

    在澄清膜池中，吸附、沉淀和膜处理在同一池类型中高度集成，池内上升速度(约2mm/s)较高，占用空间较小，效率较高。而高密度水箱结合絮凝、沉淀、污泥浓度和回流，采用较高的上升速度(约4mm/s)，占地面积相对较小。但s工艺有臭氧前处理、v型滤池处理和臭氧活性炭深度处理，所以总体占用面积仍然较大。比较两种工艺的占地面积，如表1所示。

比较两种工艺的建筑面积

    在单位体积用水量方面，M工艺比S工艺小40%，面积小的优势非常明显。

从功能上看，M工艺处理臭氧前处理和臭氧活性炭复合深度处理工艺比S工艺少，缩短了处理时间。这也是M过程比S过程占用更小面积的主要原因。只从高密度池、v型过滤器、附属设施和设备的计量,总面积相比之下,总面积5160㎡,单位水面积0.034㎡,仍有超过17%的过程。而高密度v型滤池是一种负荷较大、面积较小的过滤工艺，表明澄清膜池在节约建设用地方面具有很大优势。

过程与水质

    在S过程中，pre - ozone有助于微团聚体的形成和降水效率的提高，这也对原水中藻类和有机物的去除有一定的影响。高密度池外污泥循环可控，沉淀池的泥沙回流至絮凝池(回流流速为1% ~ 4%)，加入PAM。絮凝效果很好。斜管上部清水区浊度在1NTU下可以长期保持稳定，但降水区上升速度大于4mm/s。

    而澄清膜池设计是希望在膜池中部形成悬浮泥渣层，但本厂原水浊度长期在2NTU左右，膜池为上向流，絮体细碎，很难形成悬浮的泥渣，这导致大量絮体进入膜区，膜过滤过程中吸附到膜丝上，造成膜丝的覆盖堵塞。另外，悬浮泥渣层的形成需要一定的时间，其运行也要求尽可能稳定的环境，但膜池需要停水反冲洗（周期60～90min），维护性化学清洗（周期6～15d，全池排空），此类操作干扰悬浮泥渣层的形成。

    超滤处理为M工艺的核心工艺，其可以去除絮体和胶体，对溶解物则没有明显的去除效果。由于其膜孔非常小（0.04μm），使得其出水浊度非常低（0.1NTU以下），与V型滤池相比（0.2NTU左右），在浊度和颗粒数去除方面有着巨大的优势。而浊度为综合性指标，其处于低水平，意味着水中杂质少，水品质较高。

    M工艺没有后续深度处理工艺，而S工艺的臭氧活性炭工艺可以进一步去除有机物，控制消毒副产物。2014年夏季M工艺出现了消毒副产物过高的问题，如表2所示。将预加氯降低，并投加粉末活性炭，膜池出水消毒副产物指标明显降低。同期，S工艺使用相同原水而没有消毒副产物达到临界值的问题，其三卤甲烷总量在0.5mg/L以下。分析表3数据（2017年夏季5月），超滤膜池出水和V型滤池出水的三氯甲烷的数值基本相同，但活性炭吸附池出水的三氯甲烷则比V型滤池出水减少50%，其他消毒副产物指标的数据也有类似关系。这说明，超滤膜滤池可以代替并优于V型滤池的作用，但无法代替活性炭吸附池的作用，如果有条件，在超滤膜滤池后应增加臭氧活性炭的工艺，以确保出厂水水质。

以确保出厂水水质

    表4以常规水质参数指标进行两套系统出水水质的对比。超滤出水的浊度明显低于V型滤池和活性炭吸附池的出水浊度。藻类方面，超滤出水的藻类比V型滤池和活性炭吸附池的出水藻类低50%以上。但在耗氧量的指标上，超滤出水明显高于活性炭吸附池出水，同时也高于V型滤池出水，这是因为石英砂滤料有一定的厚度，滤料上也有一定微生物的形成，会降解水中的有机物，另外，石英砂滤料也有较强的吸附作用。臭味、色度均符合标准，pH的差异则主要是检测误差和药剂投加不同造成的。

    M工艺调试阶段，采用的混凝剂是PAC，膜池出水残余铝为0.2mg/L左右，出现超标现象，而同期S工艺的混凝剂也为PAC，但其没有残余铝超标的问题。此情况表明，超滤短流程系统存在残余铝超标的风险，所以该工艺在选用混凝剂时，应尽量避免选用铝盐。

    综上数据表明，在过滤性能去除为主的指标上，超滤更好，而吸附或分解作用去除的指标上，V型滤池和活性炭吸附池的出水则更占优势。从水质角度评价，在原水水质正常情况下，以澄清膜池为核心的短流程M工艺具有较大优势，而如果原水中有较难处理的溶解性有机物，则工艺完备的S工艺会更合适。

    混凝剂及药耗比较

    S工艺投加的药剂主要有预臭氧、三氯化铁、聚氯化铝、PAM、臭氧。M工艺投加药剂为三氯化铁，次氯酸钠，统计药剂使用如表5和表6。

统计药剂使用如表5和表6

    比较混凝剂消耗量，M工艺混凝剂种类少，用量为S工艺的10%～40%。但M工艺因维护性化学清洗的需要，有次氯酸钠的消耗，其清洗周期一般为6d，每天维护性化学清洗2座膜池单耗为17mg/L。

    另外超滤膜恢复性化学清洗每年2次，使用次氯酸钠、氢氧化钠、柠檬酸，总药剂量分别为14400kg（10%商品药液）、24000kg（45%商品药液）、24000kg（99.9%商品药剂），按每天平均水量5万m³/d计，则合算清洗药剂投加量分别为0.8mg/L、1.3mg/L、1.3mg/L，其数值很小。总体M工艺比S工艺药耗少。

    电耗比较

    S工艺以高程差为各工艺段运行的驱动力，其动力消耗主要为加药、搅拌、污泥回流、冲洗等工作。M工艺利用虹吸为驱动力，也属高程差的驱动力。但超滤冲洗非常频繁，所以其电耗比S工艺稍高，如表7所示。

 

所以其电耗比S工艺稍高

    从表7中看出，水量越大，则单耗越低，比较相同负荷率的电耗，M工艺比S工艺高27%，这主要是其冲洗电耗较高所致。考虑到S工艺用电统计包括了臭氧和活性炭池的用电，如果去掉这两个工艺段的用电，则差值更大。但水厂运行，取水电量和配水电量占全厂电量的80%～90%，净水处理工艺电耗对水厂综合电耗影响较小。

    运行及维修管理比较

    S工艺工段较多，但操作简单，高密池、臭氧系统运行无需人工干预，V型滤池和活性炭吸附池冲洗，都为定时自动冲洗，且整个系统运行非常稳定，运行人员定时巡视即可。M工艺混合絮凝部分无需人工干预，但膜池冲洗频繁，需要时刻注意出水阀门开度和跨膜压差的变化，每6d进行1次维护性清洗，排水、上药、上水需要运行人员现场操作，每年2次的恢复性化学清洗劳动强度也非常大。而且高负荷下（80%以上），超滤膜很容易出现跨膜压差快速增长的问题，膜池运行异常情况发生的频率非常高，需要运行人员注意力高度集中，其运行难度要远大于常规工艺。

    S工艺投产已有9年，高密池、V型滤池、臭氧系统、活性炭吸附池等配套设备极少出现问题，只要定期进行基本的维护保养即可，设备出现问题也不会对全系统运行造成较大影响；活性炭3年换1次，工作量比较大。总体评价，S工艺设备运行故障率不高，维修工作量相对较小。

    而M工艺投产至今约4年，由于动作频繁，其阀门接连出现突发故障，大部分为销键断裂；抽真空、反冲洗水泵一旦出现电控系统损坏，即造成系统瘫痪；每年2次超滤膜离线恢复性化学清洗也需要大量的人力物力支出。对比2套流程，超滤系统运行非常依赖设备，依赖自控体系，某些设备一旦损坏，会对全系统运行造成影响，再有超滤膜日常反冲洗60~90min1次，设备动作频繁，疲劳损伤大，容易出现故障。综合比较，M工艺的维修工作量远大于S工艺的维修工作量。

    总结

    总结澄清膜池短流程处理系统和高密池、V型滤池、臭氧活性炭长流程处理系统在运行中的不同表现，得出以下结论：

    （1）澄清膜池短流程工艺效率高，占地面积较小，适合水厂建设用地紧张或应急扩建改造等项目。

    （2）原水优质稳定，以较低浊度为主的水厂建设项目，短流程的澄清膜池工艺可满足要求。而水质较复杂，有机物含量高，则需增加预处理和深度处理工艺，以保证出厂水水质合格。

    （3）高密池工艺混凝剂药耗高，澄清膜池工艺混凝剂药耗较低，总体澄清膜池短流程工艺药剂消耗较少。

    （4）澄清膜池系统常规冲洗、维护性清洗及恢复性清洗涉及设备设施较多，工序复杂、操作频繁、能耗较大。常规-深度长处理流程设备设施工序简单，能耗较低。

    （5）以超滤系统直接代替沉淀和过滤功能，存在超滤膜运行环境难以控制，跨膜压差增长快速，超滤系统运行及维护工作量较大的问题。在常规处理工艺基础上增加预臭氧、臭氧活性炭等工艺，减轻各工艺段处理压力，则系统运行稳定，设备故障率低。

    （6）根据比较结果，建议水厂建设尽量保证建设用地，最好采用工艺段齐全的处理系统，超滤工艺可作为最后一道处理工艺段，这样既可保证出厂水的品质，又能保证运行维护工作量可控，水厂总体运行稳定。

    微信对原文有删减。原文标题“澄清膜池短流程与常规-深度长流程运行比较研究”；作者：方帷韬、何华、曹楠、孙继坤、孙福强、刘永康；作者单位：北京市自来水集团有限责任公司。刊登于《给水排水》2018年第8期。纯水设备，, ， ，。