給水廠短流程與長(zhǎng)流程處理工藝比較

水處理網(wǎng)訊:為了應(yīng)對(duì)城市供水緊張的問題，某市第三水廠應(yīng)急擴(kuò)建了1套以澄清浸沒式超濾膜池為主工藝的短流程地表水處理系統(tǒng)。從占地面積、處理工藝、出水水質(zhì)、藥耗、電耗及運(yùn)行維修等方面對(duì)該工藝與廠內(nèi)使用同一原水的另外一套常規(guī)-深度處理長(zhǎng)流程系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，本系統(tǒng)在運(yùn)行中具有出水濁度低、處理效率高等特點(diǎn)，同時(shí)也存在有機(jī)污染物處理能力低，運(yùn)行維護(hù)管理要求高等問題?？梢詾槠渌麛U(kuò)建及新建水廠提供一定的參考。

某市第三水廠有2套地表水處理系統(tǒng)，一套為短流程處理系統(tǒng)，以澄清浸沒式超濾膜池（以下簡(jiǎn)稱澄清膜池）為主工藝；另一套為常規(guī)-深度長(zhǎng)流程處理系統(tǒng)，以高密度澄清池（以下簡(jiǎn)稱高密池）、V型濾池及臭氧活性炭聯(lián)用為主工藝。其中澄清膜池作為一種新型超濾技術(shù)，具有占地面積小、建設(shè)速度快、原水水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)和出水水質(zhì)良好的優(yōu)點(diǎn)。高密池、V型濾池、臭氧活性炭聯(lián)合應(yīng)用，具有工藝段齊全、水質(zhì)保障度高的優(yōu)點(diǎn)。此2套處理系統(tǒng)各具特點(diǎn)，在運(yùn)行中表現(xiàn)出不同的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)將其總結(jié)如下。

1工藝流程介紹

1.1澄清膜池短流程系統(tǒng)

此短流程工藝，除次氯酸鈉和粉末活性炭投加外，沒有其他預(yù)處理工藝，在澄清膜池后也沒有設(shè)其他深度處理工藝。澄清膜池為北京市自來水集團(tuán)專利技術(shù)，其特點(diǎn)是將常規(guī)處理和膜過濾處理集成在一個(gè)構(gòu)筑物中實(shí)現(xiàn)，集約化程度高。短流程工藝（以下簡(jiǎn)稱M工藝）如圖1所示。

M工藝主要設(shè)計(jì)參數(shù)：滿負(fù)荷8萬m³/d，混合時(shí)間78s，絮凝時(shí)間13.2min。澄清膜池設(shè)計(jì)產(chǎn)水通量24.4L/（㎡˙h），膜池內(nèi)總停留時(shí)間45min。虹吸式出水，最大跨膜壓差（TMP）為60kPa。

澄清膜池反沖洗采用氣-水聯(lián)合沖洗，水反沖洗強(qiáng)度60L/（㎡˙h），氣沖洗強(qiáng)度1.2m³/（支˙h）。反沖洗每60～90min進(jìn)行1次，氣沖30～80s，氣-水混合反沖洗90～120s。澄清膜池設(shè)置側(cè)排泥和底部排泥，底排泥周期8～24h，每次排泥時(shí)間1～5min。

膜組件維護(hù)性化學(xué)清洗周期為6~15d，每次持續(xù)時(shí)間6～24h。采用200mg/L的NaClO溶液。

1.2常規(guī)-深度長(zhǎng)流程系統(tǒng)

長(zhǎng)流程處理系統(tǒng)的常規(guī)處理工藝為高密池和V型濾池，深度處理工藝為臭氧活性炭聯(lián)用，前端輔以預(yù)臭氧工藝。高密池是得利滿公司開發(fā)的集絮凝、沉淀、污泥濃縮及污泥回流為一體的高效水處理構(gòu)筑物。常規(guī)-深度長(zhǎng)流程處理工藝（以下簡(jiǎn)稱S工藝）如圖2所示。

其主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：滿負(fù)荷15萬m³/d，預(yù)臭氧投加量0～2mg/L，接觸時(shí)間5.6min。高密池混合時(shí)間2min，絮凝時(shí)間11min，沉淀時(shí)間50min。后混凝時(shí)間0.5min。

V型濾池設(shè)計(jì)濾速7.95m/h，為氣-水聯(lián)合反沖洗。主臭氧投加量0～2.5mg/L，接觸時(shí)間15.8min。炭吸附池設(shè)計(jì)接觸時(shí)間9.84min，為單獨(dú)水沖洗。

占地面積比較

澄清膜池將吸附、沉淀、膜處理高度集成在同一池型內(nèi)，池內(nèi)上升流速（約2mm/s）較高、占地少、效率高。而高密池，將絮凝、沉淀、污泥濃縮回流結(jié)合在一起，采用較高的上升流速（約4mm/s），其占地面積也相對(duì)較少，但S工藝有預(yù)臭氧、V型濾池和臭氧活性炭深度處理，所以其總體占地面積仍然較大。比較兩種工藝的占地面積，如表1所示。

從單位水量占地面積來看，M工藝比S工藝少40%，其占地面積小的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

從功能上講，M工藝比S工藝少預(yù)臭氧和臭氧活性炭聯(lián)用的深度處理工藝，這意味著處理流程有所縮短，這也是M工藝比S工藝占地面積小的一個(gè)主要原因。只從高密池、V型濾池、附屬加藥間及設(shè)備間的總面積進(jìn)行比較，其總面積為5160㎡，單位水量占地面積為0.034㎡，仍然比M工藝多17%。而高密池、V型濾池本身為負(fù)荷較高占地面積較小的工藝，這更說明澄清膜池在節(jié)約建設(shè)用地方面有著很大的優(yōu)勢(shì)。

工藝與水質(zhì)比較

S工藝中，預(yù)臭氧有助于形成微凝聚體，提高沉淀效率，對(duì)原水中藻類、有機(jī)物的去除也有一定影響。高密池具有可控的污泥外部循環(huán)，沉淀池底泥回流入絮凝池（回流量為1%～4%），并有PAM的投加，絮凝效果非常好。盡管沉淀區(qū)上升流速超過4mm/s，其斜管上部清水區(qū)濁度仍可長(zhǎng)期穩(wěn)定在1NTU以下。

而澄清膜池設(shè)計(jì)是希望在膜池中部形成懸浮泥渣層，但本廠原水濁度長(zhǎng)期在2NTU左右，膜池為上向流，絮體細(xì)碎，很難形成懸浮的泥渣，這導(dǎo)致大量絮體進(jìn)入膜區(qū)，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(shí)間，其運(yùn)行也要求盡可能穩(wěn)定的環(huán)境，但膜池需要停水反沖洗（周期60～90min），維護(hù)性化學(xué)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(duì)溶解物則沒有明顯的去除效果。由于其膜孔非常?。?.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(shù)去除方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。而濁度為綜合性指標(biāo)，其處于低水平，意味著水中雜質(zhì)少，水品質(zhì)較高。

M工藝沒有后續(xù)深度處理工藝，而S工藝的臭氧活性炭工藝可以進(jìn)一步去除有機(jī)物，控制消毒副產(chǎn)物。2014年夏季M工藝出現(xiàn)了消毒副產(chǎn)物過高的問題，如表2所示。將預(yù)加氯降低，并投加粉末活性炭，膜池出水消毒副產(chǎn)物指標(biāo)明顯降低。同期，S工藝使用相同原水而沒有消毒副產(chǎn)物達(dá)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(shù)據(jù)（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(shù)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(chǎn)物指標(biāo)的數(shù)據(jù)也有類似關(guān)系。這說明，超濾膜濾池可以代替并優(yōu)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(yīng)增加臭氧活性炭的工藝，以確保出廠水水質(zhì)。

表4以常規(guī)水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行兩套系統(tǒng)出水水質(zhì)的對(duì)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(biāo)上，超濾出水明顯高于活性炭吸附池出水，同時(shí)也高于V型濾池出水，這是因?yàn)槭⑸盀V料有一定的厚度，濾料上也有一定微生物的形成，會(huì)降解水中的有機(jī)物，另外，石英砂濾料也有較強(qiáng)的吸附作用。臭味、色度均符合標(biāo)準(zhǔn)，pH的差異則主要是檢測(cè)誤差和藥劑投加不同造成的。

M工藝調(diào)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(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，而同期S工藝的混凝劑也為PAC，但其沒有殘余鋁超標(biāo)的問題。此情況表明，超濾短流程系統(tǒng)存在殘余鋁超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，所以該工藝在選用混凝劑時(shí)，應(yīng)盡量避免選用鋁鹽。

綜上數(shù)據(jù)表明，在過濾性能去除為主的指標(biāo)上，超濾更好，而吸附或分解作用去除的指標(biāo)上，V型濾池和活性炭吸附池的出水則更占優(yōu)勢(shì)。從水質(zhì)角度評(píng)價(jià)，在原水水質(zhì)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(yōu)勢(shì)，而如果原水中有較難處理的溶解性有機(jī)物，則工藝完備的S工藝會(huì)更合適。

混凝劑及藥耗比較

S工藝投加的藥劑主要有預(yù)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(tǒng)計(jì)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(hù)性化學(xué)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(hù)性化學(xué)清洗2座膜池單耗為17mg/L。

另外超濾膜恢復(fù)性化學(xué)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(jì)，則合算清洗藥劑投加量分別為0.8mg/L、1.3mg/L、1.3mg/L，其數(shù)值很小。總體M工藝比S工藝藥耗少。

電耗比較

S工藝以高程差為各工藝段運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)力，其動(dòng)力消耗主要為加藥、攪拌、污泥回流、沖洗等工作。M工藝?yán)煤缥鼮轵?qū)動(dòng)力，也屬高程差的驅(qū)動(dòng)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。

從表7中看出，水量越大，則單耗越低，比較相同負(fù)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?？紤]到S工藝用電統(tǒng)計(jì)包括了臭氧和活性炭池的用電，如果去掉這兩個(gè)工藝段的用電，則差值更大。但水廠運(yùn)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(duì)水廠綜合電耗影響較小。

運(yùn)行及維修管理比較

S工藝工段較多，但操作簡(jiǎn)單，高密池、臭氧系統(tǒng)運(yùn)行無需人工干預(yù)，V型濾池和活性炭吸附池沖洗，都為定時(shí)自動(dòng)沖洗，且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定，運(yùn)行人員定時(shí)巡視即可。M工藝混合絮凝部分無需人工干預(yù)，但膜池沖洗頻繁，需要時(shí)刻注意出水閥門開度和跨膜壓差的變化，每6d進(jìn)行1次維護(hù)性清洗，排水、上藥、上水需要運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)操作，每年2次的恢復(fù)性化學(xué)清洗勞動(dòng)強(qiáng)度也非常大。而且高負(fù)荷下（80%以上），超濾膜很容易出現(xiàn)跨膜壓差快速增長(zhǎng)的問題，膜池運(yùn)行異常情況發(fā)生的頻率非常高，需要運(yùn)行人員注意力高度集中，其運(yùn)行難度要遠(yuǎn)大于常規(guī)工藝。

S工藝投產(chǎn)已有9年，高密池、V型濾池、臭氧系統(tǒng)、活性炭吸附池等配套設(shè)備極少出現(xiàn)問題，只要定期進(jìn)行基本的維護(hù)保養(yǎng)即可，設(shè)備出現(xiàn)問題也不會(huì)對(duì)全系統(tǒng)運(yùn)行造成較大影響；活性炭3年換1次，工作量比較大。總體評(píng)價(jià)，S工藝設(shè)備運(yùn)行故障率不高，維修工作量相對(duì)較小。

而M工藝投產(chǎn)至今約4年，由于動(dòng)作頻繁，其閥門接連出現(xiàn)突發(fā)故障，大部分為銷鍵斷裂；抽真空、反沖洗水泵一旦出現(xiàn)電控系統(tǒng)損壞，即造成系統(tǒng)癱瘓；每年2次超濾膜離線恢復(fù)性化學(xué)清洗也需要大量的人力物力支出。對(duì)比2套流程，超濾系統(tǒng)運(yùn)行非常依賴設(shè)備，依賴自控體系，某些設(shè)備一旦損壞，會(huì)對(duì)全系統(tǒng)運(yùn)行造成影響，再有超濾膜日常反沖洗60~90min1次，設(shè)備動(dòng)作頻繁，疲勞損傷大，容易出現(xiàn)故障。綜合比較，M工藝的維修工作量遠(yuǎn)大于S工藝的維修工作量。

總結(jié)

總結(jié)澄清膜池短流程處理系統(tǒng)和高密池、V型濾池、臭氧活性炭長(zhǎng)流程處理系統(tǒng)在運(yùn)行中的不同表現(xiàn)，得出以下結(jié)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(shè)用地緊張或應(yīng)急擴(kuò)建改造等項(xiàng)目。

（2）原水優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，以較低濁度為主的水廠建設(shè)項(xiàng)目，短流程的澄清膜池工藝可滿足要求。而水質(zhì)較復(fù)雜，有機(jī)物含量高，則需增加預(yù)處理和深度處理工藝，以保證出廠水水質(zhì)合格。

（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(tǒng)常規(guī)沖洗、維護(hù)性清洗及恢復(fù)性清洗涉及設(shè)備設(shè)施較多，工序復(fù)雜、操作頻繁、能耗較大。常規(guī)-深度長(zhǎng)處理流程設(shè)備設(shè)施工序簡(jiǎn)單，能耗較低。

（5）以超濾系統(tǒng)直接代替沉淀和過濾功能，存在超濾膜運(yùn)行環(huán)境難以控制，跨膜壓差增長(zhǎng)快速，超濾系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)工作量較大的問題。在常規(guī)處理工藝基礎(chǔ)上增加預(yù)臭氧、臭氧活性炭等工藝，減輕各工藝段處理壓力，則系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備故障率低。

（6）根據(jù)比較結(jié)果，建議水廠建設(shè)盡量保證建設(shè)用地，最好采用工藝段齊全的處理系統(tǒng)，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(zhì)，又能保證運(yùn)行維護(hù)工作量可控，水廠總體運(yùn)行穩(wěn)定。

微信對(duì)原文有刪減。原文標(biāo)題“澄清膜池短流程與常規(guī)-深度長(zhǎng)流程運(yùn)行比較研究”；作者：方帷韜、何華、曹楠、孫繼坤、孫福強(qiáng)、劉永康；作者單位：北京市自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司?？怯凇督o水排水》2018年第8期。