PVC合金超濾膜在臺灣某30萬噸/天給水廠中的應用
來源：海南立昇凈水科技實業有限公司 閱讀：2962 更新時間：2009-07-31 16:54摘要 臺灣某地水源由于受到工業廢水污染而水質急劇惡化，為此臺灣某地30萬m3/d的給水廠采用PVC合金超濾膜系統進行升級改造。實際工程運行結果表明，超濾系統在去除濁度、細菌等方面的都達到了良好的處理效果，其中出水濁度小于0.1NTU，無細菌檢出，運行壓力為0.05MPa～0.08MPa，化學清洗周期為3-6個月。該超濾系統的直接投資成本約為250元/m3，直接運行費用約為0.10元/m3/d。
關鍵字 PVC合金超濾膜、給水廠、濁度、細菌
1. 前言
臺灣某地區自來水原水近年來因遭受工業廢水污染，水質急劇惡化，給水廠無法有效保障水質安全，主要存在濁度、嗅味、色度、口感差等問題，市民反映強烈；而該地區工商發達、人口密集，自來水需求量與日俱增。由于市民生活水平的日益提升，對于用水的水質要求也日漸嚴格，該地區民眾多年來不斷要求提高飲用水水質。
自來水公司為改善飲用水水質，推動了該地區自來水水質改善工程計劃，而“A和B水廠增設高級處理設備工程”則為此計劃之一。該工程總設計供水量為30萬m3/d，其中，A廠的最大供水量為6萬m3/d，B廠的最大供水量為28萬m3/d，由臺灣金棠科技股份有限公司承建并負責運行。
2．原水水質以及原有工藝存在問題
2.1 原水水質
原水受污染嚴重，水質較差。從表1可以看出，多項水質指標需要進行大幅改善，如濁度、色度、嗅味、硬度、總溶解性固體、微生物、可同化有機碳等。
表1 原水水質及處理出水要求
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水質指標 |
單位 |
原水 |
出水要求 |
|
濁度 |
NTU |
16～230 |
＜0.2 |
|
色度 （鉑鈷法） |
PCU (Pt-Co Unit) |
6～15 |
3 |
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總硬度 |
mg/L |
300 |
＜150 |
|
總溶解固體 |
mg/L |
|
＜250 |
|
pH |
— |
6.0～7.6 |
6.0～7.6 |
|
NH4+-N |
mg/L |
0.15～0.2 |
0.08 |
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臭度 |
TON(Threshold Odor Number) |
4～11 |
1 |
|
TDS |
mg/L |
500 |
250 |
|
可同化有機碳 |
μg/L |
650 |
50 |
|
總菌落數 |
CFU/ ml |
106 |
1 |
|
大腸桿菌群 |
CFU/100ml |
105 |
＜0.0 |
|
Fe |
mg/L |
0.1～1.96 |
0.25 |
|
Mn |
mg/L |
0.03～0.19 |
0.04 |
|
HAA5 |
μg/L |
－ |
30 |
|
TTHMs |
μg/L |
－ |
30 |
2.2 原有工藝存在的問題
該地自來水廠原有工藝是“混凝－沉淀－過濾－消毒”的傳統工藝，主要去除水體中的懸浮固體、膠體物質和細菌等，對水中的有機污染物也有一定的去除作用。但是由于水原水質的嚴重惡化，該工藝根本無法保障飲水的水質安全性：
1）無法將濁度降到較低的水平；
2）對色度、嗅味控制效果差；
3）飲用水的微生物安全性難以有效保障；
4）對有機物去除效果較差，無法將消毒副產物控制在較低的水平，同時降低AOC濃度，保障飲水在管網中的生物穩定性；
5）對硬度、總溶解性固體、鐵、錳金屬離子去除效果很差。
由此可見，該地自來水廠需采用高級凈化處理技術，方可滿足出水水質要求。
3 凈水工藝流程
3.1 凈水工藝的選擇
膜分離技術被稱為21世紀的凈水技術。超濾能夠去除水體中的懸浮物、膠體、大分子有機物、細菌、病毒、致病原生動物，運行壓力低，使用壽命長，目前在市政飲水處理中應用最為廣泛；反滲透能夠有效去除水體中的總溶解性固體、硬度、有機物、溶解性離子等。因此選擇了在傳統工藝的基礎上增加超濾和反滲透工藝，以滿足出水要求。
項目前期選擇了若干家超濾膜產品進行了中試試驗，通過長期的比較論證，在對超濾膜產品的各項技術指標綜合評價的基礎上，最終選擇了PVC合金毛細管式超濾膜。PVC合金毛細管式超濾膜，利用PVC原料，采用不同于傳統相轉化法制膜的思路，通過改性，改善了其親水性能和其它物理性能。具有如下幾個優勢：超濾膜的過濾精度高，平均孔徑為0.01µm，截留分子量為5萬道爾頓；低壓大通量；抗污染能力強；使用壽命長。
3.2 凈水工藝流程
該地給水廠的工藝流程圖如1所示。UF系統的主要功能是去除水體中的懸浮物、金屬氧化物、膠體、大分子有機物、致病微生物，降低色度，控制嗅味等，將濁度小于0.1NTU以下，以保護后段低壓反滲透系統免于阻塞。反滲透系統主要是去除水中的硬度、總溶解性固體、溶解性離子等等。超濾系統出水部分進入反滲透系統，部分直接進入清水池與反滲透出水進行勾兌，以保證清水池出水有適度的硬度。
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 |
3.3 超濾系統的單元設計
該水廠所采用的PVC合金超濾系統單元以及部分運行參數如表2所示。圖4是B廠超濾系統圖片。
表2 給水廠超濾系統單元
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項目 |
A廠 |
B廠 |
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套數 |
3套 |
17套 |
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膜組件支數 |
180支/套 |
180支/套 |
|
單套產水量 |
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總產水量 |
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圖4 B廠超濾裝置
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4超濾系統的出水水質與運行狀況
4.1 超濾系統出水水質情況
該超濾系統出水水質如表3所示，可見，超濾出水在濁度、色度、細菌總數等方面都達到了良好的處理效果。
表3 超濾系統出水水質
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水質指標 |
單位 |
UF出水 |
|
濁度 |
NTU |
＜0.1 |
|
SDI15 |
－ |
1 |
|
色度 |
PCU |
3 |
|
細菌總數 |
CFU/ml |
未檢出 |
|
大腸桿菌群 |
CFU/100ml |
未檢出 |
|
Fe |
mg/L |
0.05 |
|
Mn |
mg/L |
0.1 |
4.2 超濾系統的運行狀況
圖5是系統穩定運行1年多的數據。從圖中一年多的運行數據可以看出，超濾系統非常穩定，運行壓力僅為0.05 MPa～0.08MPa，反洗周期為45min,反洗時間為40秒，反洗水量為7m3/h·支（每支膜組件面積為40m2），超濾系統的產水率為95%。化學清洗周期為3-6個月，化學清洗藥劑為0.5%的氫氧化鈉和500mg/L的次氯酸鈉，以及0.5%鹽酸，每次化學清洗后都能恢復到原有的水平。
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5 超濾系統的投資及運行費用分析
給水廠的工程核算表明，PVC合金超濾系統主要由超濾裝置、進水泵、反洗泵、化學清洗裝置以及管道、控制閥、監測儀表、自控設備等組成，直接投資成本大約為250元/m3。
超濾系統的運行費用主要分為能耗、化學清洗費用、換膜費用。該給水廠的運行表明，由于PVC合金超濾膜具有低壓大通量的特性，電耗不超過0.1kWh/m3；超濾膜每隔3～6個月化學清洗一次，采用的藥劑主要是次氯酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉等，價格低，耗量少；此外，PVC合金超濾膜的制造成本遠低于傳統制膜材料產品，若按5年使用壽命計算，該給水廠的換膜費用大約為0.0482元/m3，具體見表4。（備注：電費以0.5元/kWh計；膜使用年限以通常的5年壽命計。）
表4 給水廠超濾系統的運行費用分析
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序號 |
費用名稱 |
單位運行成本（元/m3/d） |
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1 |
電費 |
0.05 |
|
2 |
藥劑費 |
0.008 |
|
3 |
更換膜組件 |
0.0482 |
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4 |
設備折舊費 |
— |
|
5 |
日常維護檢修費 |
— |
|
|
總計 |
0.099 |
6結論
臺灣30萬m3/d給水廠的工程實踐證明，PVC合金超濾膜的出水濁度小于0.1NTU，能夠完全除菌；直接投資成本約為250元/m3，運行成本（電費、換膜費用、藥耗）約為0.10元/ m3。
