皙全純水設備對給水廠短流程與長流程處理工藝比較
【純水設備http://www.creativeimagessc.com】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(tǒng)擴展到全市第三家水廠。從區(qū)域、加工技術、水質(zhì)、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(tǒng)——先進的處理工藝系統(tǒng),這個系統(tǒng)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(tǒng)。3水廠，一套是短流程處理系統(tǒng)。另一套是傳統(tǒng)的深度長工藝處理系統(tǒng)，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(zhì)適應性強、出水水質(zhì)好等優(yōu)點。高密度池、v型濾池、臭氧活性炭的聯(lián)合應用，具有工藝工段完整、水質(zhì)保證高的優(yōu)點。兩種加工系統(tǒng)各有特點，在操作上各有優(yōu)缺點，總結如下: 工業(yè)純水設備
流程介紹純水設備
1.1澄清膜池短工藝系統(tǒng)
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(tǒng)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(shù):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˙)?；亓鳑_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(yǎng)化學清洗周期為6~15d，每次持續(xù)6~ 24h。使用200 mg / L NaClO解決方案。
1.2傳統(tǒng)的深流程系統(tǒng)
長工藝處理系統(tǒng)的常規(guī)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(fā)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(shù)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(lián)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(yè)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(nèi)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(yōu)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(jié)約建設用地方面具有很大優(yōu)勢。
過程與水質(zhì)
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(huán)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(qū)濁度在1NTU下可以長期保持穩(wěn)定，但降水區(qū)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(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間，其運行也要求盡可能穩(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?。?/span>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(shù)去除方面有著巨大的優(yōu)勢。而濁度為綜合性指標，其處于低水平，意味著水中雜質(zhì)少，水品質(zhì)較高。純水設備
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一步去除有機物，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。將預加氯降低，并投加粉末活性炭，膜池出水消毒副產(chǎn)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(chǎn)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(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)物指標的數(shù)據(jù)也有類似關系。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，在超濾膜濾池后應增加臭氧活性炭的工藝，以確保出廠水水質(zhì)。
以確保出廠水水質(zhì)工業(yè)純水設備
表4以常規(guī)水質(zhì)參數(shù)指標進行兩套系統(tǒng)出水水質(zhì)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(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的問題。此情況表明，超濾短流程系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(yōu)勢。從水質(zhì)角度評價，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，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(tǒng)計藥劑使用如表5和表6。
統(tǒng)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(shù)值很小?？傮wM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(yè)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?？紤]到S工藝用電統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)運行非常穩(wěn)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(xiàn)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(xiàn)跨膜壓差快速增長的問題，膜池運行異常情況發(fā)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(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備極少出現(xiàn)問題，只要定期進行基本的維護保養(yǎng)即可，設備出現(xiàn)問題也不會對全系統(tǒng)運行造成較大影響；活性炭3年換1次，工作量比較大?？傮w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(chǎn)至今約4年，由于動作頻繁，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(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)和高密池、V型濾池、臭氧活性炭長流程處理系統(tǒng)在運行中的不同表現(xiàn)，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(yōu)質(zhì)穩(wěn)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(zhì)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(zhì)合格。工業(yè)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(tǒng)常規(guī)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(guī)-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(tǒng)直接代替沉淀和過濾功能，存在超濾膜運行環(huán)境難以控制，跨膜壓差增長快速，超濾系統(tǒng)運行及維護工作量較大的問題。在常規(guī)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(tǒng)運行穩(wěn)定，設備故障率低。
（6）根據(jù)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(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)，又能保證運行維護工作量可控，水廠總體運行穩(wěn)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(guī)-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?？怯凇督o水排水》2018年第8期。純水設備，工業(yè)純水設備, 蘇州水處理設備，醫(yī)用GMP純化水設備 ，醫(yī)用水處理設備。
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