超濾膜在飲用水處理工程中的應用天津市自來水集團有限公司天津市華宇膜技術有限公司內容提要一、膜法飲用水處理技術概述二、超濾膜技術在飲用水處理工程中的應用三、楊柳青水廠5000m3/d膜處理示范工程介紹四、結論膜法飲用水處理技術概述傳統飲用水處理工藝無法滿足時代的需求

膜法飲用水處理技術的不斷成熟膜使用壽命的提高膜成本的降低尋求新的飲用水安全保障技術膜技術成為替代傳統工藝最有競爭力的技術優良的出水水質占地面積小、建設周期短自動化程度高工藝流程短、使用靈活水源污染日趨嚴重水質日趨惡化飲用水水質標準日趨嚴格隱孢子蟲、賈第蟲等微生物消毒副產物的限制越來越嚴格工程化應用背景目前，膜法飲用水處理技術在國外已進入大規模應用階段，近年在國內的發展也非常迅速。中科院李圭白院士分析認為：我國生產的超濾膜，性能、質量已接近或達到國外同類產品的水平，而價格比進口產品低得多，噸水處理成本降到可與第一代工藝競爭的價位。超濾——第三代城市飲用水凈化工藝的核心技術摘自《城市自來水膜技術時代是否會席卷而來》（人民科技網

2007-6-11）

膜法飲用水處理技術概述工廠名稱國別處理能力103m3·d-1源水源水特點膜種類建成時間采用的預處理工藝Littleton.Mass美國5.7地表水錳離子、不適味覺UF1998預臭氧SiouxLookout,Ont加拿大5.2湖水高色度UF1999混凝（Al）Florida美國6.3-------濁度、硬度UF2000軟化、酸化Gardner,Mass美國11.3地表水錳離子UF2000預臭氧VonOrmy,Tex美國34河水高濁度、TOCUF2000混凝（Fe）、預過濾ParrySound,Ont加拿大10Huron湖水高濁度、色度UF2001混凝（Al）Kansas美國11.3Nueces河水高濁度UF2001混凝、沉淀Canyon.Greek.Alta美國1.0湖水TOC,藻類，鐵、錳離子UF2002PAC、混凝、沉淀Seekonk,Mass美國16地表水鐵、錳離子UF2002KMnO4，NaOClBakersfield.,Calif美國76Kern河水濁度（10～1000NTU）、不適味覺UF2003混凝、沉淀、Cl2，KMnO4Clovis,Calif美國51灌溉水濁度、色度、TOCUF2003混凝（FeCl3）Kerrville,Tex美國19地表水TOCUF2004混凝（FeSO4）Kamloops,B.C加拿大159地表水TOC，藻類，濁度UF2004混凝LakeForest美國68湖水濁度(5～200NTU)，藻類，不適味覺UF2004PACMinneapolia,Minn美國265地表水硬度、濁度UF2005混凝、軟化、再礦化超濾膜技術在飲用水處理工程中的應用1、替代沉淀-過濾工藝

CityofKamloops水廠

超濾原水混合絮凝超濾出水絮凝劑該水廠位于加拿大，供水規模16×104m3/d。采用兩級超濾系統，將一級超濾反洗水回收后再進行二級超濾處理，工藝的產水率達到99％以上。超濾膜技術在飲用水處理工程中的應用2、替代過濾工藝ColumbiaHeights水廠絮凝劑、高錳酸鉀、臭氧原水混合絮凝沉淀超濾出水該水廠位于美國，供水規模26.5×104m3/d，是目前北美運行規模最大的超濾水廠。面對美國水質法規的壓力，對老水廠進行了改造，將傳統的砂濾工藝改建為超濾工藝，以去除兩蟲，保障飲用水的微生物安全。Columbine水廠超濾絮凝劑原水混合絮凝沉淀超濾出水該水廠位于美國科羅拉多州，供水規模18.7×104m3/d，水廠原有工藝存在產水水質較差、供水量不足的問題，采用二級過濾系統對老水廠進行改造，將砂濾池改為超濾工藝，水回收率高達99％。超濾膜技術在飲用水處理工程中的應用3、作為深度處理工藝Lakeview水廠絮凝劑臭氧活性炭原水混合絮凝沉淀過濾超濾出水該水廠位于加拿大，規模26.1×104m3/d，是目前最大的臭氧活性炭耦合超濾的深度處理系統。Vigneux水廠絮凝劑格柵混合絮凝沉淀臭氧活性炭臭氧原水出水PAC+UF(Cristal工藝)該水廠位于法國，供水規模5.5×104m3/d，采用粉末活性炭吸附＋超濾作為深度處理工藝，PAC平均投加量為8mg/L，采用生石灰調值，出水水質穩定。超濾膜技術在飲用水處理工程中的應用4、濾池反洗水回收利用自來水廠濾池反洗水一般占水廠處理水量的2%～5%左右。采用常規工藝（沉淀、調節、濃縮、脫水等幾道工序）回收濾池反洗水，占地面積大，一次性投資大，回收效率低，而且具有一定的回用風險，特別是鐵、錳等常規指標和微生物指標（賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲）。目前國內還沒有采用膜系統處理濾池反洗水的工程實例，都處于實驗室或中試研究階段。但實驗結果已經表明，采用膜系統處理濾池反洗水，解決了常規工藝回收處理存在的弊端，而且出水經消毒后可直接進入供水管網。相信隨著水資源匱乏形勢的日益嚴峻和膜處理技術的發展，超濾膜工藝在濾池反洗水回收利用方面一定會大有作為。超濾膜技術在飲用水處理工程中的應用楊柳青水廠5000m3/d膜處理示范工程介紹工程概況該工程是天津市科技創新專項資金項目“膜法飲用水處理技術研究及示范工程”（05FZZDSH00500）的重要工作內容。示范工程的設計建立在中試科研成果的基礎上，通過膜技術工程化應用，優化工藝技術參數，積累運行和管理經驗，獲得自有知識產權的技術及成果，為膜法水處理技術的推廣應用提供有力的技術支持與保障。該工程采用混凝－超濾工藝，超濾膜采用內壓柱式膜，通過浸入式膜回收裝置對柱式膜的反洗水進行回收，設計產水能力5000m3/d，回收率≥98％，占地面積約400m2。工藝技術優化組合簾式膜中試研究成果工程設計示范工程建設工程施工調試運行效果評價技術經濟分析技術規范推廣應用示范工程工藝方案柱式膜中試研究成果示范工程技術路線中試研究成果介紹反沖洗泵出水原水150μm自清洗過濾器管道混合器機械反應池膜裝置清水箱混凝劑加氯消毒中試工藝流程圖浸入式膜系統柱式膜系統中試試驗裝置中試研究成果介紹膜工藝對濁度的去除情況出水濁度在0.1NTU以下的保障率達96%。膜工藝系統運行參數優化研究

中試研究成果介紹FeCl3投加量對膜系統跨膜壓差的影響反應時間對膜系統跨膜壓差的影響4mg/L的FeCl3投加量時TMP增長較緩慢。反應時間為7.5min時，TMP增長較緩慢。膜工藝系統運行參數優化研究中試研究成果介紹膜過濾通量對膜系統跨膜壓差的影響過濾周期對膜系統跨膜壓差的影響較低的膜通量更有利于膜系統的穩定運行。過濾周期20min，系統運行很穩定，30min時膜污染積累較快。膜工藝系統運行參數優化研究中試研究成果介紹種類CHCl3CHCl2BrCHBr2ClCHBr3THMs數值（mg/L）16.8115.225.23未檢出57.24限值（mg/L）6060100100100含量／限值0.28020.25330.252300.7858預氯化后膜出水藻毒素值符合《生活飲用水衛生標準》。氯投加量2mg/L3mg/L所測指標RR(mg/L)LR(mg/L)RR(mg/L)LR(mg/L)原水2.9×10-41.7×10-42.1×10-49.1×10-4預氯化、混凝后4.7×10-41.6×10-39.0×10-44.6×10-4膜出水5.5×10-41.0×10-3<1.0×10-5<1.0×10-5預氯化（2mg/L）膜出水THMs預氯化后膜出水微囊藻毒素

各類化合物的實測濃度與其各自限值的比值之和不超過1。膜工藝系統運行參數優化研究中試研究成果介紹經預氯化后TMP增長趨勢比未預氯化時平緩，膜污染得到減緩

上、下反洗各為30s時反洗效果很好，縮短上反洗時間、縮短下反洗時間及只進行下反洗的效果均較差，對內壓式膜來說，上下反洗都很重要。

膜工藝系統運行參數優化研究中試研究成果介紹高藻期穩定運行工況膜品種過濾通量L/（m2·h）

過濾時間(min)排濃時間(s)上反洗水量(t/h)氣量(m3/h)下反洗水量(t/h)上反洗時間(s)下反洗時間(s)沖洗時間(s)FeCl3(mg/L)反應時間(min)氯(mg/L)EFM執行周期(h)執行時間(min)A膜75.020107－7303015482830B膜71.420－0.653402020682830C膜60.030－75－90－30682830D膜53.330－55－80－－482848水廠－－－－－－－－－7－4.5－－膜工藝系統運行參數優化研究中試研究成果介紹正常期穩定運行工況膜品種過濾通量L/（m2·h）過濾時間(min)排濃時間(s)上反洗水量(t/h)氣量(m3/h)下反洗水量(t/h)上反洗時間(s)下反洗時間(s)沖洗時間(s)FeCl3(mg/L)反應時間(min)氯(mg/L)EFM執行周期(h)執行時間(min)A膜50.020107.5－7.530302048－1030B膜71.420－0.65340203068－1030D膜53.330－54－80－－48－863水廠－－－－－－－－－9－4.5－－膜工藝系統運行參數優化研究中試研究成果介紹低溫期穩定運行工況膜品種過濾通量L/m2·h過濾時間min排濃時間(s)上反洗水量(t/h)氣量(m3/h)下反洗水量t/h上反洗時間(s)下反洗時間(s)沖洗時間(s)FeCl3mg/L反應時間min氯mg/LEFM執行周期(h)執行時間(min)A膜50.020106－630302066－2430B膜47.620－35360303066－2430D膜53.330－54－80－－66－2460水廠－－－－－－－－－9－4.5－－膜工藝系統運行參數優化研究中試研究成果介紹膜工藝系統強化去除有機物的研究原水＞30k30k-10k10k－3k3k-1k＜1kDOC(mg/L)5.0170.90860.96640.55690.37892.2062百分比(%)－18.1119.2611.107.5543.97UV254(cm-1)0.0550.0040.0120.0080.010.021百分比(%)－7.2721.8214.5518.1838.18灤河原水中各分子量區間有機物分布規律

原水DOC和UV254都主要集中在小于1kDa的小分子區間內，這一部分有機物分別占44%和38%。中試研究成果介紹正常期膜出水有機物分子量分布膜工藝系統強化去除有機物的研究膜對分子量大于30kDa的有機物去除效果很好，達到了81%

低溫期膜出水有機物分子量分布中試研究成果介紹項目測試方法直接完整性測試泡點測試法壓力衰減測試法擴散空氣流測試法真空保持測試法水體置換測試法間接完整性測試濁度監測顆粒計數監測尖峰完整性監測微生物挑戰測試膜完整性測試方法

主要進行了膜組件完整性檢測技術研究、故障膜組件的定位與修復研究和系統自動控制研究。以壓力為基礎的測試方法在監測低壓膜的完整性方面應用最為廣泛，不足之處是需離線進行，影響系統正常運行。濁度監測和顆粒計數監測是目前應用較為廣泛的間接測試方法。

膜工藝系統安全保障技術研究中試研究成果介紹膜工藝系統安全保障技術研究顆粒計數儀監測膜的完整性膜組件修復從修復前的56個/mL（穩定值）下降到修復后的5個/mL，系統穩定后降到1個/mL以下。

膜組件修復前后出水濁度和鐵的變化情況日期濁度（NTU）鐵（mg/L）07.7.160.070.1507.7.200.070.1107.7.230.05<0.0507.7.280.06<0.0507.7.300.06<0.0507.8.10.060.0407.8.30.07<0.0507.8.60.06<0.05膜組件修復前后出水濁度沒有發生明顯的變化，說明采用顆粒計數法監測膜完整性的靈敏度高于濁度監測。中試研究成果介紹四種膜產品性能的對比項目各種膜產品性能對比出水水質都能滿足《生活飲用水衛生標準》（GB5749－2006）的要求濁度出水濁度平均值都在0.10NTU以下CODMn去除率由高～低：A膜、B膜、C膜、D膜UV254去除率由高～低：A膜、D膜、B膜、C膜微生物幾種膜大腸桿菌群數都<3個/L細菌總數都為1～2個/mL回收率由高～低排序：B膜、D膜、C膜、A膜藥劑費＋電費由低～高排序：A膜、B膜、C膜、D膜注:A膜超濾膜過濾孔徑0.01μmB膜超濾膜過濾孔徑0.03μmC膜微濾膜過濾孔徑0.1μmD膜浸入式微濾膜過濾孔徑0.1μm中試研究成果介紹項目性能浸入式膜柱式膜常規工藝出水水質出水水質好出水水質好出水水質合格回收率98％98％（反洗水回收）90％建設投資1100～1300元/m31000～1200元/m3800～1000元/m3建設周期短短長運行費用0.5~0.7元/m30.5元/m3以下0.3元/m3以下優缺點優點：運行穩定，自動化程度高，操作簡單，對細菌、病毒、兩蟲、藻類、水生生物幾乎全部去除，適于老水廠改造。缺點：膜通量低，耗電量大，占地面積大（跟柱式膜相比）。優點：運行穩定，自動化程度高，操作簡單，占地面積小，對細菌、病毒、兩蟲、藻類、水生生物幾乎全部去除，適于新建水廠。缺點：反洗水量較大，反洗水需回收處理。優點：運行穩定，工藝成熟缺點：占地面積大，操作復雜，對賈第蟲和隱孢子蟲的去除很難保障。混凝-超濾工藝和常規工藝的比較確定A膜為示范工程最佳膜工藝出水水質運行費用占地面積一次性投資中試研究成果介紹原水廠區清水池廠內吸水井預加氯自清洗過濾器原水泵（預氯化）混凝劑管道混合器反應池進水泵膜裝置清水箱加氯消毒粉末活性炭在線監測儀表反洗泵調節池浸入式膜系統反洗排水提升泵酸洗罐堿洗罐化學廢液罐化洗泵化洗泵化洗廢液排水至廠區排泥池中和后排下水道反應池排泥預處理系統膜處理系統反洗水回收系統化學清洗系統示范工程工藝流程膜處理示范工程的工藝設計采用中試研究成果，有以下特點：示范工程工藝特點采用混凝-超濾膜工藝通過優化和控制混凝條件，提高有機物去除率的同時，緩解膜污染。混凝-超濾工藝在中試試驗中效果很好，該工藝省去了沉淀過濾預處理工序，流程短，占地面積小，一次性投資少。

EFMEFM（EnhancedFluxMaintenance）是一種用低濃度藥品短時間進行的清洗方式。高溫高藻期導入EFM，可大大緩解膜污染，延長化學清洗周期。反洗水回收采用中試研究成果－超濾反洗水回收裝置對反洗水進行回收處理，其出水經消毒后可直接進入清水池。投入示范工程應用后，每年可減少廢水排放量22萬噸。

楊柳青水廠5000m3/d膜處理示范工程車間楊柳青水廠5000m3/d膜處理示范工程膜處理示范工程：原水預處理系統

壓入式膜過濾系統：4組超濾模塊

反洗水回收系統：浸入式膜過濾裝置

完整性檢測系統：顆粒計數巡檢裝置

在線濁度余氯檢測儀

混凝劑投加及化學清洗系統

上位機截圖一

上位機截圖二

上位機截圖三示范工程自5月12日通水運行至今未進行化學清洗，跨膜壓差僅從8kpa增加到14kpa，運行非常平穩。

示范工程出水水質膜出水濁度在0.10NTU以下。

濁度膜工藝的出水遠遠好于傳統工藝。濁度國外研究發現，顆粒計數法在有足夠的數據的情況下，能夠檢測出43000根膜絲中3根泄露。在美國研究發現，在大于2微米