皙全純水設備對給水廠短流程與長流程處理工藝比較
【蘭州純水設備http://www.bc-shanghai.cn】為解決城市供水不足的問題，將主要用于凈化水下超濾膜池的短程地表水處理系統擴展到全市第三家水廠。從區域、加工技術、水質、藥品消耗,能源消耗和運行維護過程和工廠使用相同的原水和傳統——先進的處理工藝系統,這個系統有低濁度水操作,處理效率高,等。同時也存在于有機污染物處理能力較低,操作維護和管理要求高。為其他擴建和新建水廠提供參考。
a市有2套地表水處理系統。3水廠，一套是短流程處理系統。另一套是傳統的深度長工藝處理系統，以高密度澄清器(以下簡稱高密度槽)、v型過濾器和臭氧活性炭為主要工藝。澄清膜池作為一種新型超濾技術，具有占地面積小、施工速度快、原水水質適應性強、出水水質好等優點。高密度池、v型濾池、臭氧活性炭的聯合應用，具有工藝工段完整、水質保證高的優點。兩種加工系統各有特點，在操作上各有優缺點，總結如下: 工業純水設備
流程介紹純水設備
1.1澄清膜池短工藝系統
除次氯酸鈉和粉狀活性炭外，無其他預處理工藝，澄清膜池后無其他深度處理工藝。澄清膜池是北京水集團的專利技術，其特點是傳統處理與膜過濾處理在高度集約化的結構中融合。短流程技術(以下簡稱M流程)如圖1所示。
短流程技術(以下簡稱M流程)如圖所示
M工藝主要設計參數:滿載80000 M3/d，混合時間78s，絮凝時間13.2min。澄清水通量膜池設計24.4 L /(㎡˙h),膜池始終保持在45分鐘。最大的跨膜壓差(TMP)60 kpa。
澄清池膜反沖洗接頭之間的氣體和水用來沖洗,水反沖洗強度60 l /(㎡˙h),1.2 m /氣沖洗強度(h˙)。回流沖洗每60 ~ 90min進行一次，空氣-水混合物在30 ~ 80min沖洗90 ~ 120s。澄清膜池設置側泥和底泥，底泥排出時間為8 ~ 24h，每次排出1 ~ 5min。
膜組件的保養化學清洗周期為6~15d，每次持續6~ 24h。使用200 mg / L NaClO解決方案。
1.2傳統的深流程系統
長工藝處理系統的常規工藝是高密度v型過濾，深工藝與臭氧活性炭結合，前端輔以臭氧前處理工藝。高密度水箱是由德力曼公司開發的集絮凝、沉淀、污泥濃縮、污泥回流為一體的高效水處理結構。實驗室純水設備
過程處理(以下簡稱S過程) 實驗室純水設備
主要設計參數為:滿載150000 m3 /d，預臭氧用量0 ~ 2mg/L，接觸時間5.6min。高密度混合時間為2min，絮凝時間為11min，降水時間為50min。凝固后時間0.5min。
v型濾池設計，過濾速率為7.95m/h，氣-水聯合反沖洗。臭氧用量為0 ~ 2.5mg/L，接觸時間15.8min。碳吸附罐的設計接觸時間為9.84min，分別用水沖洗。
建筑面積比較工業純水設備
在澄清膜池中，吸附、沉淀和膜處理在同一池類型中高度集成，池內上升速度(約2mm/s)較高，占用空間較小，效率較高。而高密度水箱結合絮凝、沉淀、污泥濃度和回流，采用較高的上升速度(約4mm/s)，占地面積相對較小。但s工藝有臭氧前處理、v型濾池處理和臭氧活性炭深度處理，所以總體占用面積仍然較大。比較兩種工藝的占地面積，如表1所示。
比較兩種工藝的建筑面積
在單位體積用水量方面，M工藝比S工藝小40%，面積小的優勢非常明顯。
從功能上看，M工藝處理臭氧前處理和臭氧活性炭復合深度處理工藝比S工藝少，縮短了處理時間。這也是M過程比S過程占用更小面積的主要原因。只從高密度池、v型過濾器、附屬設施和設備的計量,總面積相比之下,總面積5160㎡,單位水面積0.034㎡,仍有超過17%的過程。而高密度v型濾池是一種負荷較大、面積較小的過濾工藝，表明澄清膜池在節約建設用地方面具有很大優勢。
過程與水質
在S過程中，pre - ozone有助于微團聚體的形成和降水效率的提高，這也對原水中藻類和有機物的去除有一定的影響。高密度池外污泥循環可控，沉淀池的泥沙回流至絮凝池(回流流速為1% ~ 4%)，加入PAM。絮凝效果很好。斜管上部清水區濁度在1NTU下可以長期保持穩定，但降水區上升速度大于4mm/s。
而澄清膜池設計是希望在膜池中部形成懸浮泥渣層，但本廠原水濁度長期在2NTU左右，膜池為上向流，絮體細碎，很難形成懸浮的泥渣，這導致大量絮體進入膜區，膜過濾過程中吸附到膜絲上，造成膜絲的覆蓋堵塞。另外，懸浮泥渣層的形成需要一定的時間，其運行也要求盡可能穩定的環境，但膜池需要停水反沖洗（周期60～90min），維護性化學清洗（周期6～15d，全池排空），此類操作干擾懸浮泥渣層的形成。
超濾處理為M工藝的核心工藝，其可以去除絮體和膠體，對溶解物則沒有明顯的去除效果。由于其膜孔非常小（0.04μm），使得其出水濁度非常低（0.1NTU以下），與V型濾池相比（0.2NTU左右），在濁度和顆粒數去除方面有著巨大的優勢。而濁度為綜合性指標，其處于低水平，意味著水中雜質少，水品質較高。純水設備
M工藝沒有后續深度處理工藝，而S工藝的臭氧活性炭工藝可以進一步去除有機物，控制消毒副產物。2014年夏季M工藝出現了消毒副產物過高的問題，如表2所示。將預加氯降低，并投加粉末活性炭，膜池出水消毒副產物指標明顯降低。同期，S工藝使用相同原水而沒有消毒副產物達到臨界值的問題，其三鹵甲烷總量在0.5mg/L以下。分析表3數據（2017年夏季5月），超濾膜池出水和V型濾池出水的三氯甲烷的數值基本相同，但活性炭吸附池出水的三氯甲烷則比V型濾池出水減少50%，其他消毒副產物指標的數據也有類似關系。這說明，超濾膜濾池可以代替并優于V型濾池的作用，但無法代替活性炭吸附池的作用，如果有條件，在超濾膜濾池后應增加臭氧活性炭的工藝，以確保出廠水水質。
以確保出廠水水質工業純水設備
表4以常規水質參數指標進行兩套系統出水水質的對比。超濾出水的濁度明顯低于V型濾池和活性炭吸附池的出水濁度。藻類方面，超濾出水的藻類比V型濾池和活性炭吸附池的出水藻類低50%以上。但在耗氧量的指標上，超濾出水明顯高于活性炭吸附池出水，同時也高于V型濾池出水，這是因為石英砂濾料有一定的厚度，濾料上也有一定微生物的形成，會降解水中的有機物，另外，石英砂濾料也有較強的吸附作用。臭味、色度均符合標準，pH的差異則主要是檢測誤差和藥劑投加不同造成的。
M工藝調試階段，采用的混凝劑是PAC，膜池出水殘余鋁為0.2mg/L左右，出現超標現象，而同期S工藝的混凝劑也為PAC，但其沒有殘余鋁超標的問題。此情況表明，超濾短流程系統存在殘余鋁超標的風險，所以該工藝在選用混凝劑時，應盡量避免選用鋁鹽。
綜上數據表明，在過濾性能去除為主的指標上，超濾更好，而吸附或分解作用去除的指標上，V型濾池和活性炭吸附池的出水則更占優勢。從水質角度評價，在原水水質正常情況下，以澄清膜池為核心的短流程M工藝具有較大優勢，而如果原水中有較難處理的溶解性有機物，則工藝完備的S工藝會更合適。
混凝劑及藥耗比較
S工藝投加的藥劑主要有預臭氧、三氯化鐵、聚氯化鋁、PAM、臭氧。M工藝投加藥劑為三氯化鐵，次氯酸鈉，統計藥劑使用如表5和表6。
統計藥劑使用如表5和表6
比較混凝劑消耗量，M工藝混凝劑種類少，用量為S工藝的10%～40%。但M工藝因維護性化學清洗的需要，有次氯酸鈉的消耗，其清洗周期一般為6d，每天維護性化學清洗2座膜池單耗為17mg/L。
另外超濾膜恢復性化學清洗每年2次，使用次氯酸鈉、氫氧化鈉、檸檬酸，總藥劑量分別為14400kg（10%商品藥液）、24000kg（45%商品藥液）、24000kg（99.9%商品藥劑），按每天平均水量5萬m3/d計，則合算清洗藥劑投加量分別為0.8mg/L、1.3mg/L、1.3mg/L，其數值很小。總體M工藝比S工藝藥耗少。純水設備
電耗比較
S工藝以高程差為各工藝段運行的驅動力，其動力消耗主要為加藥、攪拌、污泥回流、沖洗等工作。M工藝利用虹吸為驅動力，也屬高程差的驅動力。但超濾沖洗非常頻繁，所以其電耗比S工藝稍高，如表7所示。
所以其電耗比S工藝稍高工業純水設備
從表7中看出，水量越大，則單耗越低，比較相同負荷率的電耗，M工藝比S工藝高27%，這主要是其沖洗電耗較高所致。考慮到S工藝用電統計包括了臭氧和活性炭池的用電，如果去掉這兩個工藝段的用電，則差值更大。但水廠運行，取水電量和配水電量占全廠電量的80%～90%，凈水處理工藝電耗對水廠綜合電耗影響較小。
運行及維修管理比較
S工藝工段較多，但操作簡單，高密池、臭氧系統運行無需人工干預，V型濾池和活性炭吸附池沖洗，都為定時自動沖洗，且整個系統運行非常穩定，運行人員定時巡視即可。M工藝混合絮凝部分無需人工干預，但膜池沖洗頻繁，需要時刻注意出水閥門開度和跨膜壓差的變化，每6d進行1次維護性清洗，排水、上藥、上水需要運行人員現場操作，每年2次的恢復性化學清洗勞動強度也非常大。而且高負荷下（80%以上），超濾膜很容易出現跨膜壓差快速增長的問題，膜池運行異常情況發生的頻率非常高，需要運行人員注意力高度集中，其運行難度要遠大于常規工藝。
S工藝投產已有9年，高密池、V型濾池、臭氧系統、活性炭吸附池等配套設備極少出現問題，只要定期進行基本的維護保養即可，設備出現問題也不會對全系統運行造成較大影響；活性炭3年換1次，工作量比較大。總體評價，S工藝設備運行故障率不高，維修工作量相對較小。
而M工藝投產至今約4年，由于動作頻繁，其閥門接連出現突發故障，大部分為銷鍵斷裂；抽真空、反沖洗水泵一旦出現電控系統損壞，即造成系統癱瘓；每年2次超濾膜離線恢復性化學清洗也需要大量的人力物力支出。對比2套流程，超濾系統運行非常依賴設備，依賴自控體系，某些設備一旦損壞，會對全系統運行造成影響，再有超濾膜日常反沖洗60~90min1次，設備動作頻繁，疲勞損傷大，容易出現故障。綜合比較，M工藝的維修工作量遠大于S工藝的維修工作量。純水設備
總結
總結澄清膜池短流程處理系統和高密池、V型濾池、臭氧活性炭長流程處理系統在運行中的不同表現，得出以下結論：
（1）澄清膜池短流程工藝效率高，占地面積較小，適合水廠建設用地緊張或應急擴建改造等項目。
（2）原水優質穩定，以較低濁度為主的水廠建設項目，短流程的澄清膜池工藝可滿足要求。而水質較復雜，有機物含量高，則需增加預處理和深度處理工藝，以保證出廠水水質合格。工業純水設備
（3）高密池工藝混凝劑藥耗高，澄清膜池工藝混凝劑藥耗較低，總體澄清膜池短流程工藝藥劑消耗較少。
（4）澄清膜池系統常規沖洗、維護性清洗及恢復性清洗涉及設備設施較多，工序復雜、操作頻繁、能耗較大。常規-深度長處理流程設備設施工序簡單，能耗較低。
（5）以超濾系統直接代替沉淀和過濾功能，存在超濾膜運行環境難以控制，跨膜壓差增長快速，超濾系統運行及維護工作量較大的問題。在常規處理工藝基礎上增加預臭氧、臭氧活性炭等工藝，減輕各工藝段處理壓力，則系統運行穩定，設備故障率低。
（6）根據比較結果，建議水廠建設盡量保證建設用地，最好采用工藝段齊全的處理系統，超濾工藝可作為最后一道處理工藝段，這樣既可保證出廠水的品質，又能保證運行維護工作量可控，水廠總體運行穩定。純水設備
微信對原文有刪減。原文標題“澄清膜池短流程與常規-深度長流程運行比較研究”；作者：方帷韜、何華、曹楠、孫繼坤、孫福強、劉永康；作者單位：北京市自來水集團有限責任公司。刊登于《給水排水》2018年第8期。更多環保及純水處理設備資訊請關注皙全蘇州純水設備網。更多環保純水處理設備資訊請關注皙全蘭州水處理設備網。
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