南郊水廠深度

水處理工藝介紹1Freetemplatefrom主要內(nèi)容基本情況10萬噸/日水質(zhì)改善工程簡介10萬噸/日新擴(kuò)容工程簡介后續(xù)工作2Freetemplatefrom一、基本情況——水資源概況3

XX地處黃河入?？?，是中國第二大油田-勝利油田所在地，也是山東省唯一全部納入黃、藍(lán)兩大國家發(fā)展戰(zhàn)略的城市。全市人均水資源314m3，不到全國的1/6，且來源單一。當(dāng)?shù)販\層地下水受海水侵蝕嚴(yán)重，礦化度極高，而深層地下水又含有較高濃度的重金屬離子，均不宜作為飲用水水源。黃河流經(jīng)XX境內(nèi)138km,本市的生產(chǎn)、生活用水主要依賴于黃河客水。Freetemplatefrom一、基本情況——水廠概況1993年3月始建，設(shè)計10萬m3/d，一期工程，1998年5月投產(chǎn)，中國西北市政設(shè)計院設(shè)計640萬m3水庫一座75萬m3沉砂池一座5萬m3/d水處理廠東城供水管網(wǎng)建設(shè)其它附屬構(gòu)筑物二期工程，2005年6月擴(kuò)建完成，上海市政設(shè)計院設(shè)計新增沉淀池一座新增V型濾池一座相應(yīng)取水及供水設(shè)備的增加“混凝+平流沉淀池+V型濾池+消毒”10萬m3/d常規(guī)處理工藝符合原《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）的35項(xiàng)指標(biāo)要求4Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——水質(zhì)特點(diǎn)5本市引黃水庫水質(zhì)特點(diǎn)水中臭味、總氮等超標(biāo)，常年呈現(xiàn)出微污染夏季高溫高藻冬季低溫低濁工藝出廠水水質(zhì)嗅味CODMn偶爾超標(biāo)部分消毒副產(chǎn)物（如三氯甲烷）時而超標(biāo)……Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——前期研究6

南郊凈水廠2006年被確定為“十一五”國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)

“引黃水庫水超濾膜處理集成技術(shù)研究示范”課題的示范工程。本課題由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、河海大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、XX自來水公司、上海市政設(shè)計研究總院、濟(jì)南供排水監(jiān)測中心、海南立升凈水有限公司等單位組成的科研團(tuán)隊(duì)承擔(dān)，中國工程院院士李圭白教授為牽頭人。2007年以來，開展了一系列的小試、中試研究和聯(lián)合攻關(guān)，確定了超濾處理工程的膜組件、膜處理組合工藝及相關(guān)技術(shù)參數(shù)，并將該技術(shù)成果應(yīng)用到南郊水廠水質(zhì)改善工程。Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——項(xiàng)目實(shí)施歷程72006年6月編制完成了《南郊水廠水質(zhì)改善工程項(xiàng)目建議書》；2007年初，聯(lián)合哈工大、上海市政院、海南立昇公司等單位開展了超濾膜處理黃河水庫水的中試研究；2008年8月，委托上海市政院編制完成了《南郊水廠水質(zhì)改善工程可行性研究報告》，并通過專家組評審；2009年2月和3月，由上海市政院編制完成了南郊水廠水質(zhì)改善工程《初步設(shè)計》和《施工圖設(shè)計》，自此標(biāo)志著該項(xiàng)目從前期的研究論證進(jìn)入實(shí)施階段；2009年4月28日開工，12月5日通水試運(yùn)行。Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工藝選擇8

在項(xiàng)目建議書階段，針對引黃水庫水質(zhì)的特點(diǎn)，我們備選了兩種典型的水處理組合工藝：工藝一：氣浮+常規(guī)處理+臭氧活性炭工藝。工藝二：混凝沉淀過濾＋粉末活性炭投加＋膜處理工藝。氣浮工藝除藻效果良好，但相對膜工藝處理能力較弱。臭氧活性炭工藝對于水中藻類去除效果有限；而且在原水中溴化物水平較高時（2008年7月高達(dá)0.154mg/L），副產(chǎn)物的風(fēng)險較大，溴酸鹽易超標(biāo)（加氨、過氧化氫、降低PH）；由于臭氧作用，水中的AOC含量增高，反而增加管網(wǎng)中微生物的風(fēng)險，水質(zhì)穩(wěn)定性降低；臭氧活性炭還存在生物穿透現(xiàn)象，影響最終出水水質(zhì)；考慮冬季XX水溫較低，生物作用低下，活性炭的更新頻率較高?！肮に囈弧彪m然在國內(nèi)外研究比較成熟，應(yīng)用也較為廣泛，但黃河流域尚缺乏應(yīng)用的實(shí)例。而工藝二依靠超濾膜的物理方法對藻類基本可以完全去除，膜和活性炭，并結(jié)合混凝沉淀工藝，通過分工合作，將不同分子量的有機(jī)物對應(yīng)去除；同時作為綠色物理分離技術(shù)，超濾應(yīng)用于飲用水處理時既不引入，也不改變水中物質(zhì)的性質(zhì)。但是，“工藝二”存在的主要問題是當(dāng)時國內(nèi)缺乏規(guī)?；瘧?yīng)用的水廠，尤其是利用國產(chǎn)膜更沒有規(guī)?；瘧?yīng)用的先例。Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工藝選擇9一級泵房

反應(yīng)沉淀池V型濾池超濾膜清水池二級泵房城市管網(wǎng)高錳酸鹽（或ClO2）粉末活性炭液氯凈水劑粉末活性炭（預(yù)留）預(yù)氧化液氯（補(bǔ)充）

另外，在工程實(shí)施初期，南郊水廠已是超負(fù)荷運(yùn)行。經(jīng)過多次組織專家論證，在考慮不影響供水生產(chǎn)的前提下，將混凝、沉淀、過濾＋粉末活性炭投加＋膜處理，確定為本次水廠改造的工藝流程：

Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工程建設(shè)內(nèi)容10

工程建設(shè)內(nèi)容主要包括：粉炭投加系統(tǒng)高錳酸鉀投加系統(tǒng)浸沒式超濾膜系統(tǒng)包括超濾膜過濾、超濾膜沖洗、超濾膜藥洗、真空系統(tǒng)、膜絲的完整性檢測系統(tǒng)及相應(yīng)的配電和自動化控制系統(tǒng)。Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工程建設(shè)內(nèi)容11粉炭投加系統(tǒng)

包括一套法國進(jìn)口主機(jī)和國內(nèi)配套附屬設(shè)備的計量、投加裝置，系統(tǒng)適用于大袋，投加能力按最大投加量30mg/L考慮，具體投加量可根據(jù)需要設(shè)定，炭液的制備濃度1%-5%可調(diào)。設(shè)有3個投加點(diǎn)，投加泵共設(shè)3臺（互為備用），設(shè)計流量2.2m3/h，變頻調(diào)速，應(yīng)急時3臺泵可同時投加。粉炭投加車間Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工程建設(shè)內(nèi)容12高錳酸鉀投加系統(tǒng)

系統(tǒng)主要包括3臺美國米頓羅計量加注泵（2用1備），電機(jī)變頻控制。設(shè)計投加量1mg/l，最大投加量8mg/l，投配濃度2%以下（可根據(jù)需要調(diào)節(jié)）。

超濾系統(tǒng)

膜車間采用浸沒式工藝，內(nèi)設(shè)膜池12格，分雙排布置，中間設(shè)出水總渠，兩外側(cè)布置進(jìn)水和排水渠，進(jìn)水渠設(shè)在上層、排水渠設(shè)在下層，膜池進(jìn)水渠端頭一側(cè)設(shè)有溢流堰。西端設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)間、配電間和控制室，東端設(shè)有化學(xué)清洗池。每格膜池平面尺寸為5.5m×5.8m，均可獨(dú)立運(yùn)行。Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工程建設(shè)內(nèi)容13竣工后的超濾膜車間Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工程建設(shè)內(nèi)容14過濾及反沖洗系統(tǒng)

采用德國引進(jìn)的博格轉(zhuǎn)子泵，可正反運(yùn)轉(zhuǎn)。抽吸泵由變頻器控制轉(zhuǎn)速，抽吸泵為容積泵，其流量由泵的轉(zhuǎn)速決定，揚(yáng)程則由背壓決定。

正常運(yùn)行打開膜池的進(jìn)水閘門后，使待處理水淹沒模組件后啟動抽真空閥，瞬時使管路充滿水，抽吸泵即可投入正常運(yùn)行。博格泵Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工程建設(shè)內(nèi)容15

周期性的反沖洗可以減輕膜的污染。一是通過曝氣利用氣泡的剪切作用對膜絲進(jìn)行擦洗，另一部分是采用清水進(jìn)行反沖洗。沖洗時間一分鐘左右，沖洗強(qiáng)度：氣沖強(qiáng)度大致是以膜池面積計約60m3/m2·h；水反沖強(qiáng)度是以膜面積計大致60L/m2·h。反沖洗周期在不同季節(jié)有所差別，需在實(shí)踐中摸索。超濾膜的維護(hù)性清洗系統(tǒng)

分為在線維護(hù)性清洗和離線化學(xué)清洗。前者除日常水沖洗和空氣擦洗之外，膜堆運(yùn)行一段時間后，還可以采用10%的次氯酸鈉與反洗清水一起注入膜絲并保留幾分鐘，達(dá)到清洗的目的。后者當(dāng)膜組進(jìn)行維護(hù)性清洗后還不能使跨膜壓差恢復(fù)到正常水平時則需進(jìn)行離線化學(xué)清洗?；瘜W(xué)藥劑種類為檸檬酸（或鹽酸），氫氧化鈉和次氯酸鈉等。Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工程建設(shè)內(nèi)容16真空系統(tǒng)

主要由兩部分組成：一是核心的真空引水裝置，設(shè)有真空罐、排水罐、工作水保障系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和PLC控制箱，確保真空罐保持真空度在設(shè)定的范圍內(nèi)。另一部分是抽真空閥，它能確保系統(tǒng)只抽氣不抽水。真空系統(tǒng)Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工程建設(shè)內(nèi)容

膜絲的完整性檢測系統(tǒng)氣檢時在線操作，一般有以下幾種方法。一種方法是目測法，在密閉出水管路上控制壓力5kpa，目測膜池水面是否產(chǎn)生大量氣泡；另一種方法是壓力衰減法，通過在膜絲中注入壓縮空氣（0.01mpa），可根據(jù)壓力的下降趨勢判斷是否有斷絲。另外還可以利用顆粒計數(shù)儀進(jìn)行比對驗(yàn)證。這幾種方法簡單易操作。17超濾膜氣檢Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工程創(chuàng)新點(diǎn)18

本工程在國內(nèi)首次采用了大型國產(chǎn)浸沒式超濾膜組件，并開發(fā)了一整套適用于大型水廠的超濾膜處理工藝。

從工程設(shè)計、施工、系統(tǒng)布置、組件排列、配套設(shè)備的選用、膜組的運(yùn)行模式、膜絲的完整性檢測、在線維護(hù)性化學(xué)清洗、離線化學(xué)清洗、監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設(shè)計到組件的吊裝、組件與管路的密封，均創(chuàng)造了一套具有我國特色和具有自主產(chǎn)權(quán)的超濾處理系統(tǒng)，積累了一系列大型超濾膜處理工程的設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——工程創(chuàng)新點(diǎn)19一是首次大規(guī)模采用國產(chǎn)浸沒式超濾膜組件

具有通量大、壓差小、耗能低、維護(hù)方便的特點(diǎn)；采用超大膜組件，長寬高尺寸分別為490cm、80cm、300cm，單個膜組件過濾面積2100m2；干重與濕重差別較大，分別達(dá)1.5噸和3.2噸，因此在選用吊裝設(shè)備時，一定要記錄膜組件的濕重。二是自動巡檢膜組件的完整性將壓縮空氣管路與抽吸管路連通，經(jīng)調(diào)壓閥穩(wěn)定壓力并通過電磁閥控制，在膜組件正常運(yùn)行期間，抽吸管路電磁閥處于常閉狀態(tài)，充分利用達(dá)到了對膜組件巡檢的效果。三是便捷的清洗方式藥洗池與膜池平行布置，膜組件與出水分管活口連接均保障了清洗的的便捷，既可進(jìn)行在線物理清洗，又可進(jìn)行在線化學(xué)清洗，還可以進(jìn)行離線化學(xué)清洗。四是具有自主產(chǎn)權(quán)的監(jiān)測與控制系統(tǒng)Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——運(yùn)行效果20

一年半的試運(yùn)行表明：出廠水完全符合106項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)

目前，示范工程已試運(yùn)行一年半，出廠水經(jīng)委托譜尼（青島）測試公司以及市疾控中心與本公司檢測中心化驗(yàn)室跟蹤檢測，完全達(dá)到設(shè)計要求，并且許多檢測項(xiàng)目還優(yōu)于國標(biāo)限值。譬如濁度一般低于0.02NTU，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)1NTU。另外，色度、嗅和味等感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)、微生物學(xué)指標(biāo)等都得到了嚴(yán)格的控制，尤其是讓市民最敏感的溴和味得到明顯的改善。常規(guī)工藝可以有效地減緩國產(chǎn)膜的污染

當(dāng)預(yù)處理效果良好時，粉末活性炭及混凝、沉淀、砂濾等協(xié)同效應(yīng)，能夠有效地保證超濾膜的穩(wěn)定運(yùn)行；而預(yù)處理出現(xiàn)異常情況時，將會對超濾膜穩(wěn)定運(yùn)行造成較大的影響。Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——運(yùn)行效果21水溫對超濾膜的通量影響較大超濾膜的通量受水溫影響較大。超濾膜設(shè)計通量為30L/(m2·h)，冬季水溫在10℃以下，膜通量一般控制在25-27L/(m2·h)左右運(yùn)行；春季水溫在10-15℃狀態(tài)下，膜通量一般控制在28L/(m2·h)左右；夏、秋兩季水溫在15℃以上時，膜通量一般控制在32-39L/(m2·h)運(yùn)行。不同溫度下通量及膜壓差如下表。

溫度(℃)通量（L/(m2·h)）跨膜壓差(kPa)<102535-4510~1527.535-3915~163024-3317~1832.525-35﹥2035（39）28-37Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——運(yùn)行效果22粉炭-超濾膜聯(lián)用工藝可有效去除水中有機(jī)物粉末活性炭采用200目，投加能力按最大投加量30mg/L考慮（最大投加量為137.5kg/h）。運(yùn)行結(jié)果表明，CODMn、UV254和TOC等有機(jī)物的去除率與粉炭投加量呈一定的線性關(guān)系，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行上冬季投加量一般控制在3-4mg/L，春、夏、秋三季投加投量一般控制在6-7mg/L，原水水質(zhì)惡化時可適當(dāng)增加投加量。組合工藝對CODMn、UV254和TOC的平均去除率達(dá)44.96%、43.22%和20.10%，比砂濾出水分別提高了8.99、10.23和7.81個百分點(diǎn)。Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——運(yùn)行效果23所采用的國產(chǎn)超濾膜抗污染性能良好

運(yùn)行結(jié)果表明，超濾膜隨著運(yùn)行頻率的降低跨膜壓差逐漸降低（表一）；恒通量下，隨著水溫的升高，跨膜壓差降低明顯（表二）；相同工況下，一年前后跨膜壓差對比見表三。可見運(yùn)行一年后膜污染仍很輕微，跨膜壓差僅上升0.5-0.7m。低溫、不同通量所對應(yīng)的跨膜壓差（表一）

通量（L/(m2·h)）溫度(℃)跨膜壓差(kPa)152~422-24202~425-27252~433-35302~438-40Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——運(yùn)行效果24不同溫度、相同通量下所對應(yīng)的跨膜壓差（表二）相同溫度、相同通量下一年前后跨膜壓差（表三）

溫度(℃)通量（L/(m2·h)）跨膜壓差(kPa)3304073032153025223019283016通量（L/(m2·h)）溫度(℃)跨膜壓差(kPa)運(yùn)行初期一年后252~433-3537-423015~2019-2429-31Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——運(yùn)行效果25

一年半的運(yùn)行表明，膜組運(yùn)行狀況十分穩(wěn)定，在一個運(yùn)行周期內(nèi)，跨膜壓差上升了大約10%左右，通過物理清洗后壓差基本上能恢復(fù)到正常水平。

目前，尚未進(jìn)行過離線化學(xué)清洗。2010年12月5日，也就是在膜組運(yùn)行滿一年時，我們對四個膜池，分別采用不同濃度的次氯酸鈉和不同的浸泡時間進(jìn)行了一次在線維護(hù)性化學(xué)清洗。并進(jìn)行了超濾膜氣水清洗、維護(hù)性化學(xué)清洗前后跨膜壓差對比（表四），超濾膜在線化學(xué)清洗前后電流對比（表五）。Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——運(yùn)行效果26超濾膜氣水清洗、維護(hù)性化學(xué)清洗前后跨膜壓差對比（表四）

周期性的物理清洗可使跨膜壓差恢復(fù)10.53%，而維護(hù)性化學(xué)清洗跨膜壓差恢復(fù)僅為15.52%，絕對值僅比物理清洗下降1kPa，可見經(jīng)過一年的運(yùn)行，膜污染仍十分輕微。

通量（L/(m2·h)）溫度(℃)狀態(tài)跨膜壓差(kPa)26.55氣水清洗清洗前28.5清洗后25.5變化率（%）10.53化學(xué)清洗清洗前29清洗后24.5變化率（%）15.52Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——運(yùn)行效果27超濾膜在線化學(xué)清洗前后跨膜壓差對比表（表五）清洗后膜組的跨膜壓差由29.0kPa降低為26.75kPa，同比下降約8%；運(yùn)行1周后，清洗后膜組的跨膜壓差由26.75kPa增加到35.0kPa，同比上升30.95%，未清洗的膜組由29.0kPa增加到32.0kPa，同比上升10.34%。運(yùn)行1個月后，清洗的膜組與未清洗的膜組跨膜壓差基本相同。狀態(tài)通量（L/(m2·h)）溫度（℃）跨膜壓差(kPa)清洗的膜未清洗的膜清洗前26.5529.0030.70清洗后1天26.5526.7530.70清洗后1周27.53-435.0032.78清洗后1個月25.0241.7541.03Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——運(yùn)行效果28超濾膜在線化學(xué)清洗前后電流對比表（表五）

清洗后膜組的電流由32.35A降低為30.70A，同比下降約5%；運(yùn)行1周后，清洗后膜組的電流由30.7A增加到32.78A，同比上升約6.78%，與未清洗的膜組增幅基本相同；運(yùn)行1月后，清洗后膜組的電流由30.7A增加到41.03A，同比上升約33.65%，未清洗的膜組由35.70A增加到44.70A，同比上升25.21%。兩者電流的增幅差異達(dá)到8.44百分點(diǎn)，基本達(dá)到清洗前兩者的差別。狀態(tài)通量（L/(m2·h)）溫度（℃）電流（A）清洗的膜未清洗的膜清洗前26.5532.3535.95清洗后1天26.5530.7035.70清洗后1周27.53-432.7837.60清洗后1個月25.0241.0344.70Freetemplatefrom二、水質(zhì)改善工程——總結(jié)與探討29

綜上所述，針對南郊水庫水質(zhì)特點(diǎn)，本工程選用的高錳酸鹽預(yù)氧化+混凝沉淀+活性炭+超濾工藝實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的。高錳酸鉀有顯著的氧化助凝、除藻、除嗅味、去除微量有機(jī)污染物等效能，還可降低三鹵甲烷生成勢。常規(guī)處理作為膜前處理工藝，使得原水濁度先期得以降低，對藻類去除率達(dá)85%以上；超濾膜能夠完全去除藻類和病原微生物，提高管網(wǎng)的生物穩(wěn)定性，膜和活性炭，并結(jié)合混凝沉淀工藝，通過分工合作，可將有機(jī)物大部分去除。一年半的運(yùn)行表明：該組合工藝出水水質(zhì)完全滿足新國標(biāo)；運(yùn)行穩(wěn)定且方便管理；制水成本較低（單方水成本僅增加0.185元）；因此XX南郊水廠超濾組合工藝的成功改造和穩(wěn)定運(yùn)行，對黃河中下游地區(qū)以及水源水質(zhì)類似地區(qū)的老水廠改造和新水廠工藝比選有一定的借鑒意義。該工程評為省建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新一等獎，入選科技部十一五重大科技項(xiàng)目示范項(xiàng)目。同時工程中也存在一些問題：譬如單位投資較高（300/噸），粉炭利用率較低等等。Freetemplatefrom三、水廠擴(kuò)容工程——工程背景30

“十二五”期間住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部將在重點(diǎn)流域和地區(qū)開展“城市水環(huán)境改善和飲用水安全保障”示范城市創(chuàng)建活動。目前，我市已確定為全國22個候選示范城市之一。由于XX南郊水廠是一個老水廠改造項(xiàng)目，根據(jù)“十一五”示范工程的改造和經(jīng)驗(yàn)，平流沉淀池前投加粉末活性炭，接觸時間短，利用效率低，平流沉淀池長時間的停留也沒有積極的意義，加之原有的V型濾池作用已經(jīng)弱化。因此，對于以引黃水庫作為水源的新建水廠，應(yīng)該也有必要在“十一五”的水專項(xiàng)研究成果的基礎(chǔ)上，通過繼續(xù)攻關(guān)，在“十二五”開發(fā)出一種充分混合、接觸氧化和吸附、超濾膜高效分離的一體化綜合處理工藝。形成一種針對高藻和微污染水質(zhì)特點(diǎn)，以超濾為核心技術(shù)的更加經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、操作簡便的新型水處理技術(shù)，更好地為黃河中下游地區(qū)飲用水安全保障做出示范。Freetemplatefrom三、水廠擴(kuò)容工程——工藝流程31

當(dāng)前，南郊水廠的最高日供水量已達(dá)到為14.2m3/d，水廠制水系統(tǒng)面臨著嚴(yán)重的考驗(yàn)，水廠擴(kuò)容迫在眉睫。南郊水廠擴(kuò)容工程設(shè)計規(guī)模15萬m3/d(10萬m3/d膜工藝；另5萬m3/d臭氧活性炭工藝)，已完成項(xiàng)目建議書并報市政府批準(zhǔn)，初步設(shè)計由上海市政工程設(shè)計研究承擔(dān)。本擴(kuò)容工程擬繼續(xù)以超濾膜為核心的組合工藝，在“十一五”示范工程的基礎(chǔ)上，擴(kuò)容工程的工藝流程將得到進(jìn)一步的優(yōu)化，工藝流程如下。F