管式膜超微濾在奧運中水項目中的應用
應北京排水集團的邀請，本管式膜超微濾設備與其它國內外共十二個廠家同類產品，集中安裝在北京市北小河污水處理廠內示范試驗基地，利用該廠二沉池出水制備奧運公園用中水補水。主要試驗目的是考察污水處理回用的膜組件，膜工藝及膜設備。經過連續180天的運行，經主辦單位統一取樣化驗。本管式膜超微濾在產水量、出水水質、噸水費用等指標均達到設計要求，特別在原水水質變化較大條件下，一直能穩定運行不自動停機。
一、試驗設備與方法
1、工藝流程
試驗工藝流程。
原水取自北京北小河污水處理廠二沉池，經加藥微絮凝后直接進入TCMF-2型連續微濾，設備出水進清水池，由北京林業大學用于現場的澆花和養觀賞魚觀察。
2、試驗設備
TCMF-2管式超微濾設備是深圳恒通源水處理科技有限公司研發的TCMF系列連續微濾設備。TCMF-2管式超微濾設備是由加藥系統、微絮凝、管式膜組件、獨特的組合式脈沖反沖洗系統、CIP化學清洗系統和PLC自控系統等所組成。二沉池出水投加殺菌劑混凝劑，經由管式混合器混合后進入混凝罐，混凝罐由增壓泵壓入微濾膜組件過濾，從而實現固液分離，獲得所需要的中水。管式膜超微濾是國內唯一具有自主知識產權的專門用于污水處理回用的膜設備。
3、試驗方法
TCMF-2連續微濾試驗設備設在北京北小河污水處理廠示范試驗基地,所有廠家設備同堂競技，由主辦單位統一取樣統一記錄。
試驗用水采用二沉池出水，二沉池出水水質。
試驗出水水質指標采用《污水回用設計規范》（2001年）中的城市雜用水水質標準，試驗出水水質指標。
北京市奧運中水辦定時采集水樣并分析其CODCr、總氮、總磷、濁度、氯化物、TDS等指標，水質分析采用標準分析方法，由此可得以下試驗結果。
二、運行結果分析
1、膜通量與運行壓力、反沖間隔時間的關系
水通量與由膜堵塞和壓力的污染物在膜表面的增厚而引起的膜污染有關，本中試所用連續微濾設備在設計時已采用錯流過流和親水性膜表面材料配方，在一定程度上降低了膜污染。實驗設備采用小試得出的膜組件最佳反沖壓力0.25Mpa，最佳反沖時間12秒。
在不同的運行壓力下，膜通量在前6分鐘內迅速下降，而后有一段穩定期，隨時間推移，下降速度又突然加大。運行壓力越大，水的膜通量也越大，運行壓力為0.12-0.15Mpa時，反沖洗間隔為18分鐘時膜通量為190-220L/m2.h，反沖洗間隔為30分鐘時膜通量為186-217L/m2.h。隨著運行時間的增加，膜通量的變化曲線呈S形，下降趨勢為先急中平后穩，平緩期約是第一個急劇下降區的一倍，持續約12分鐘。膜通量隨著運行壓力的增加而呈S形增長，而噸水電耗隨著運行壓力的增加呈倒S形下降趨勢，但運行壓力過大雖然通過膜通量的快速增加，噸水能耗有所下降，但在低水通量下過濾設備操作穩定，能耗也較低，若水通量超過臨界通量時，易形成不可逆的膜污染，對膜有較大的損害，故在兩種氣水反沖洗隔下，噸水能耗的最佳運行壓力應維持在0.12-0.15Mpa。最佳噸水能耗在平均反沖間隔為30分鐘時（0.55KW.h/t），但從綜合膜通量與時間的關系來考慮，為達到較好的反沖洗效果，氣水反沖應在膜通量再次急劇下降之前進行，故將最佳反沖間隔時間定為18分鐘。
2、CODCr的去除
試驗設備對CODCr有較好的去除效果。進水CODCr濃度為63.2mg/L～186.0mg/L，出水CODCr濃度為33.1mg/L～43.6mg/L，去除率為31～78%，平均去除率為54%。出水水質較為穩定，出水CODCr濃度一直穩定在45mg/L以下，出水CODCr濃度均值為39.7mg/L，小于《污水回用設計規范》（征求意見稿）（2001年）中城市雜用水水質標準50mg/L的規定。這表明對于處理對象以生活污水為主的污水處理廠來說，二沉池出水中的CODCr主要呈懸浮或溶解狀態，且以懸浮狀態的顆粒有機物質和溶解性的大分子有機物質為主，而微孔濾膜對這些有機物質有較好的截留去除作用。懸浮狀態的有機物的去除主要依靠膜孔的篩濾作用，而溶解性的有機物質的截留去除則主要是通過膜表面沉積層的篩濾和吸附作用完成，部分是由膜面和膜孔吸附作用完成。
3、總氮的去除
試驗設備對總氮去除效果不明顯。試驗設備進、出水總氮濃度及其去除率,進水總氮濃度為29.5mg/L～42.2mg/L，出水總氮濃度為26.2mg/L～32.7mg/L，出水總氮濃度均值為29.8mg/L，平均去除率為9%。但總氮的去除率波動較大，這是因為管式超微濾設備不存在氨氮的硝化、硝氮的反硝化及化學去除作用，對總氮的去除僅以膜表面沉積層的吸附作用為主，而膜表面的沉積層是極不穩定的，它隨著過濾和氣、水反沖的交替進行產生和消失，并與進水水質有著密切的關系。
4、總磷的去除
試驗設備對總磷有一定的去除效果。試驗設備進、出水總磷濃度及其去除率，進水總磷濃度為3.57mg/L～7.42mg/L，出水總磷濃度為2.90mg/L～5.22mg/L，出水總磷濃度均值為4.16mg/L，去除率為7～46%，平均去除率為25%。污水中磷有三種形態：有機磷酸鹽、聚磷酸鹽和正磷酸鹽，由于在北小河污水處理廠常規好氧生物處理過程中，大多數有機磷和聚合磷轉化為正磷酸鹽，因此二沉池出水中所含有的磷大多數是溶解性的。而在二沉池出水里加藥，通過混凝，化學藥劑與磷反應生成不溶性磷酸鹽，然后通過沉淀、粗濾和微孔濾膜的截留與吸附作用使磷得以部分去除。
5、濁度的去除
試驗設備能夠高效地進行固液分離，出水濁度較為穩定，幾乎不受進水水質的影響。進水濁度為7.46～41.6NTU，出水濁度為0.16～0.65NTU，出水濁度均值為0.44NTU，去除率為92～99%，平均去除率為97%。出水濁度均在1NTU以下，遠遠低于《污水回用設計規范》（征求意見稿）（2001年）中城市雜用水水質標準5NTU的規定。二沉池出水中的濁度主要是由水中的呈懸浮狀態的顆粒和膠體物質所造成的，通過在二沉池出水中加藥，使水中的懸浮顆粒和膠體物質絮凝、聚沉，再經由粗濾和微孔膜濾，將水中大于膜過濾精度的全部物質和小于過濾精度的部分物質除去，從而得到了好的出水濁度。
6、其它污染物的去除
試驗設備對氯化物和TDS沒有去除效果。由于對二沉池出水加藥，反而向水中引入了新的溶解物，使水中的氯化物和TDS濃度有所升高。試驗設備進水氯化物濃度均值為94.2mg/L，TDS濃度均值為466mg/L；出水氯化物濃度均值為100.4mg/L，TDS濃度均值為467.7mg/L，均遠低于《污水回用設計規范》（征求意見稿）（2001年）中城市雜用水水質標準氯化物濃度300mg/L和TDS濃度1000mg/L的規定。
上述結果表明，TCMF-2管式超微濾設備的出水水質優于《污水回用設計規范》（征求意見稿）（2001年）中的城市雜用水水質標準，經消毒后可用來沖廁、道路清掃、消防、園林綠化、洗車和建筑施工等。
三、暴雨的挑戰
2007年5月27日北京地區夜晚突降暴雨，二沉池水質突然變壞，參與試驗的膜設備幾乎全部報警，停機或嚴重堵塞，不能連續工作。此時唯有TCMF-2連續微濾工作正常。所不同的是反沖頻率加快，由原來的30min反沖一次，自動改為18min反沖一次。當天的進水、CODCr為186mg/L，出水為40.6mg/L，去除率達78.2%。
四、獨特的組合式脈沖反沖洗
1、壓縮空氣反沖系統
即以高壓空氣為介質，從過濾方向的反方向利用高壓空氣爆炸式的脈沖反洗。它的作用是采用壓縮空氣將膜表面的濾餅、污染物、凝膠層及膜孔內顆粒污堵物瞬間吹開（但未完全脫落）。儲氣罐壓力為0.8MPa，瞬間反沖持續時間2~3S，每平方米膜用氣量為0.5~0.8L/m2•;;次。每次回氣氣反沖要連續2~3次即可。由于壓縮空氣的較強穿透力，效果一般較佳，是組合式脈沖反沖的主要手段之一。
2、水反洗
水反洗用膜的透過水。水反洗需要自動控制運行，通過PLC編程設置停止正常過濾程序。進行反洗程序。
此時，過濾水泵，進水氣動蝶閥均關閉，打開排污閥14，啟動反洗水泵12。開始反沖洗，反沖持續時間2~3min。一般采取低壓大流速。水流應為過濾流速的1.5~2倍。反洗水一般占總產水量的3~7%之間。
無論氣反沖、水反洗都只能緩解污堵程度，但不可能完全恢復到起始的膜通量。
3、加強洗
加強洗是介于正常周期反洗與化學清洗之間的一種加藥清洗，所加藥劑視污染性質而定，可選擇酸、堿或表面活性劑等。關掉原水泵、啟動加強洗水泵，將藥劑直接泵入膜組件內腔，進行化學解析，一般浸沒停留時間10~15min之后排空，又開始正常的周期過濾。
4、化學清洗
化學清洗能夠徹底的恢復膜的起始通量。化學清洗的藥劑要視不同污染類型而定。清洗期間穿插浸泡、氣反沖和低速循環、但在回路上增加過濾器以攔截清洗液中的顆粒物，防止反向污堵。化學清洗周期以地表水為水源的每30天~45天進行一次。廢水處理每月進行1~2次，個別情況下周期更短些。化學清洗以手動為宜。
五、結論
(1)TCMF-2管式超微濾設備對城市污水廠二級出水進行中水回用處理的效果非常明顯，對懸浮固體、膠體等污染物具有顯著的過濾去除作用。二沉池出水連續微濾設備處理后出水CODCr均值為39.7mg/L，濁度均值為0.44NTU，均明顯優于《污水回用設計規范》（2001年）中城市雜用水水質標準中的相關規定。
(2)連續微濾設備對二沉池出水中的CODCr、濁度有較高地去除率，平均去除率分別為54%和97%；對總磷有一定的去除作用，平均去除率為25%；對總氮去除不明顯；對氯化物和TDS沒有去除作用。
(3)TCMF-2管式超微濾設備把微絮凝技術與先進的管式膜超微濾技術有機結合在一起，不需要復雜的前處理，具有工藝流程簡單、處理效率高、耐沖擊負荷、占地少、工藝先進、自動控制和運行管理方便等特點。
(4)由于TCMF-2管式超微濾設備采取了獨特的組合式脈沖反洗技術處理污水，不怕污堵，易反沖，從而保證了連續穩定運行。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
