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30万吨/天 运行4年的大型压力式膜系统运行效果

更新时间:2017-11-08 11:34 来源:给水排水 作者: 朱建文 阅读:623 网友评论0
杭州清泰水厂压力式膜系统设计总净产水量30万m3/d,采用压力式中空纤维膜。通过对已经投运近4年的水厂长期运行效果的研究,总结了整个处理工艺的净水效果,膜系统运行中的电耗、药耗以及长期运行中跨膜压差、渗透率的变化。   1水厂工艺流程及出水水质   清泰水厂膜过滤深度处理系统采用压力式中空纤维膜,全系统设计总净产水量30万m3/d,由主过滤系统和水回收系统组成。  主过滤系统由2套完全独立的子过滤系统组成,2套主过滤(分别称为1#和2#)系统共18列膜架,每天净产水29.5万m3,设计通量为100L/(m2˙h),采用死端过滤;水回收系统(称为3#)共2列膜架,负责主系统清洗水的回收过滤,每天净产水5000m3/d,设计通量为56L/(m2˙h),采用错流过滤,错流的比例为10%。   工艺流程见图1。经过近4年的运行,整个工艺流程进出水水质见表1。  
从运行结果可以看到,膜系统对浊度和微生物有很好的去除效果,出水的浊度平均在0.02NTU,出水的总大肠菌群<1MPN/100mL,大大提高了出水的微生物安全性。但是膜系统对有机物和氨氮去除很少,有机物和氨氮主要在炭砂滤池得到去除。   2膜系统运行参数及情况概况   清泰水厂采用的膜参数见表2。   膜系统于2013年4月开始安装,8月完工,2013年底通过性能测试,转入正式产水阶段。膜系统运行中,随着运行时间的增加,在一定的产水量下,其跨膜压差不可避免会增长。因此,如何在跨膜压差增加后,通过清洗恢复到原来的状况是运行中首先要考虑的问题。清泰水厂在运行中,通过3种清洗来尽量减缓膜污染,保持运行的长期稳定。   首先,每30min进行一次物理清洗,每次清洗的时间为60s的气水联合反洗和30s的正冲。气水联合反洗时,反洗水流量和空气流量均为300m3/h。   其次,每2天进行一次EFM清洗(维护性化学清洗)。EFM清洗采用400mg/L的NaClO溶液,清洗循环持续时间为30min。   然后,每35天进行一次CIP清洗(在线清洗)。CIP清洗分碱洗和酸洗,其中碱洗为1%NaOH+1000mg/LNaClO混合溶液,循环时间120min。酸洗为2%的柠檬酸溶液,循环时间为120min。   经过近4年的实践,上述3种清洗方式有效地控制了膜污染,使得膜系统一直能够长期稳定运行。   3膜系统长期运行情况   3.1运行中TMP的变化   一般膜系统有两种运行方式,即恒流过滤或恒压过滤。恒流过滤状态下,通过考察压力变化,可以掌握膜的运行情况;恒压过滤状态下,通过考察流量的变化,可以掌握膜的运行状态。随着城市改造进程中屋顶水箱的取消,杭州市各水厂的时变化系数明显增大,受水厂清水池调节容积(约为10%)的限制,实际水厂运行中,既不是恒流过滤,也不是恒压过滤。运行发现,膜的运行压力和流量随时都在变化,因此,为了使数据更有可比性,选取同样运行通量下,膜的TMP进行分析比较。图3为膜系统投运3年来,每次CIP清洗前后同通量时的运行情况。   从图3中可以看出,总体来看,TMP在冬季与夏季期间呈现有规律的升高和降低的趋势,冬季高夏季低。CIP清洗前TMP变化范围在49~88kPa,平均TMP为62kPa,清洗后TMP变化范围在44~61kPa,平均TMP为51kPa,平均每次下降值为11kPa。   3.2运行中渗透率的变化   运行中,除了要关注实际TMP的增长情况,还要关注每一次清洗后,膜性能的恢复情况。为了消除温度和运行通量不同等因素的影响,选取相同运行通量下的渗透率来进行比较(见图4)。   从图4中可以看出,3年中,CIP清洗前的渗透率变化范围在1.189~1.579L/(m2˙h˙kPa),平均为1.358L/(m2˙h˙kPa)。CIP清洗后的渗透率变化范围在1.495~1.987L/(m2˙h˙kPa),平均为1.687L/(m2˙h˙kPa)。渗透率随着季节有规律地波动,一般在冬季较高,夏季较低。   为了更好地衡量清洗对膜的恢复效果,将膜第一次清洗后,通量为80L/(m2˙h)时的初始渗透率值1.88L/(m2˙h˙kPa)作为比较标准,以后每次清洗后的渗透率值都与该值进行比较,用来衡量膜的恢复性能。结果见图5。   从图5中可以发现,在长期运行过程中,膜的渗透恢复率呈现有规律的变化,且一直维持在较高水平,说明膜污染得到有效的控制。膜的渗透恢复率在79.5%~105.7%波动,平均为89.4%。最初有3次的恢复率超过了100%,可能是因为第一次CIP清洗后,膜的性能没有彻底恢复,而在后面几次得到了彻底的恢复。   同时,从图5中也可以发现,渗透恢复率随着温度的升高,有所降低。这可能与渗透率计算过程中,修正系数的值有关。也可能与季节温度不同时,膜受的污染不同有关,在温度低的季节,膜受的污染比较容易恢复,而在温度高的季节,膜受的污染不容易恢复。   4膜系统运行成本分析   在膜运行过程中,药剂主要用于化学清洗。碱洗用的是10%的次氯酸钠溶液以及氢氧化钠溶液,酸洗用的是柠檬酸。根据原设计,在清洗废液的中和过程中,需用亚硫酸氢钠对次氯酸钠进行还原,但在实际运行过程中,发现并不需要使用,因此,实际并没有用到亚硫酸氢钠。膜系统投运后,经过统计,其药耗为0.006元/m3。   经过统计,电耗为0.0689kW˙h/m3(合同签订值0.0715kW˙h/m3),电费按照0.8元/(kW˙h)计算,则电耗为0.056元/m3。膜系统总运行费用为0.062元/m3,其中电耗占90.32%,药耗只占9.68%。可见,膜系统最大的运行费用在电费。   5结语   (1)膜系统长期运行结果表明,膜对有机物和氨氮基本没有去除效果,但是对浊度和微生物具有很好的去除效果,其出水浊度平均在0.02NTU,出水大肠菌群数<1MPN/100mL。   (2)膜系统采用气水联合反洗并结合EFM清洗及CIP清洗,有效地控制了膜污染,系统运行近4年来,跨膜压差、渗透率等主要控制指标均没有明显上升。   (3)膜系统运行中,总运行费用为0.062元/m3,其中电耗占90.32%,药耗只占9.68%。

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