刘桐玮，刘 翊，董 捷,

(1.天津泰达水业有限公司 天津300457；2.天津泰达新水源科技开发有限公司 天津300457；3.天津泰达津联自来水有限公司 天津300457)

0 引 言

目前国外一些国家在自来水厂改造过程中，大都选择膜处理技术，我国大部分净水厂仍使用传统混凝沉淀工艺，部分自来水厂采用了超滤膜净化处理技术进行净水处理。天津某净水厂采用了多介质-活性炭-超滤膜联合净水工艺，至今出水量稳定，各项水质指标都符合并远高于国家标准。本文根据超滤膜进出水工艺参数进行节能降耗改造，降低吨水成本，同时对超滤系统的优化运行进行深入探讨。

1 超滤系统运行流程阐述

1.1 主要工艺设备参数

天津某净水厂采用了多介质-活性炭-超滤系统联合净水工艺。

多介质罐内滤料为石英砂与无烟煤，下层为无烟煤，上层为石英砂，罐内以2∶1的比例放置，多介质罐单台产水量为80～100m3/h。

活性炭罐内滤料为活性炭粉末，活性炭罐单台产水量为80～100m3/h。

超滤膜规格为外压式PVDF中控纤维膜，膜丝平均孔径为0.03μm，设计单根膜平均通量为45m3/h[1]。

超滤膜进水端设有自清洗过滤器，其孔径为100μm，用于防止水中大颗粒杂质堵塞超滤膜。

1.2 工艺流程

采用源水→多介质罐→活性炭罐→超滤膜组→清水池→管网工艺路线，源水由取水泵提升至膜车间进水管，再由膜车间进水增压泵提升至多介质进水管，依次经多介质罐、活性炭罐过滤后流入多介质产水池，再由超滤进水泵提升至超滤进水管，经过自清自过滤器后进入超滤膜组，过滤后流入超滤产水池。

多介质罐与活性炭罐反洗过程：松滤料(正洗)→排水→气反洗→水反洗→初滤→正常过滤。

超滤系统反洗分为两种：一种为常规反冲洗，即气反洗→气水反洗→水反洗→正常过滤；另一种为CEB加强反冲洗，即气反洗→气水反洗→酸(或碱)与水混合进水正洗并排放→酸(或碱)药剂向超滤膜补液(关闭排水阀)→浸泡(关闭所有阀门)→排放并进行水反洗→正常过滤。

2 超滤系统可靠性分析

衡量超滤膜工作状态的指标共两部分：一是超滤跨膜压差，二是超滤产水浊度。图1—图3比较了2018年11月至2019年4月共计6个月的生产数据，其中包含超滤膜系统(每组超滤系统20支超滤膜)月平均产水流量、跨膜压差、超滤产水浊度的趋势图。

半年以来，超滤系统运行平稳，产水流量维持在210～240m3/h，浓水流量维持在45m3/h，跨膜压差维持在30kPa，超滤膜设计产量为220m3/h，最大允许跨膜压差约为150kPa均满足设计条件，实际产量远低于极限值。图3表示6个月超滤产水浊度值的情况，该趋势图表明超滤产水浊度维持在0.05～0.08NTU之间，超滤系统运行较平稳，产水流量及浊度满足设计要求，运行一切正常。

图1 超滤产水流量Fig.1 UF produced water flow

图2 超滤跨膜压差Fig.2 UF transmembrane pressure

图3 超滤产水浊度Fig.3 UF produced water turbidity

通过及时反冲洗，及时CEB清洗等步骤保证超滤系统稳定可靠运行，具体步骤设定如下：

①常规反冲洗。常规反洗以超滤运行时间为判断条件，每组超滤系统连续过滤30min进行一次常规反冲洗。常规反冲洗包含气洗、气水洗、水洗3个步骤。气洗采用0.6～0.8MPa压缩空气为气源，通过定值减压阀降低至0.15MPa进行气洗；气水洗通过0.15MPa气洗结合超滤反洗泵运行的水洗组合而成；水洗通过超滤反洗泵定频运行，清洗超滤膜。

②CEB加强反冲洗。CEB加强反洗采用盐酸和次氯酸钠两种药剂对超滤膜进行加强反洗。目的是通过酸洗去除膜丝上附着的难去除的水垢，通过碱洗去除蛋白质、油脂类等污物。CEB加强反洗的频次为每60个常规反洗周期后进行一次CEB清洗，酸溶液和碱溶液交替使用。

通过常规反洗和CEB加强反洗的结合，保证了超滤系统出水水质的稳定，保证了跨膜压差维持在合理范围内，保证了超滤系统安全生产。

3 超滤系统能耗分析

在超滤系统正常运行过程中超滤进水泵始终运行，为超滤提供水源，保证超滤进水压力维持在设计允许的范围内。超滤进水端管道安装有自清洗过滤器，该过滤器可自动清洗排放，排放阀开启时需满足0.2MPa水压，因此自清洗过滤器前端进水压力保持为0.2MPa，经过自清洗过滤器后超滤进水压力为0.18MPa。为保证0.2MPa的水压，运行单台超滤时，超滤进水泵启动1台，频率为42Hz；运行2台超滤时，超滤进水泵启动2台，频率为42Hz；运行3台超滤时，超滤进水泵启动2台，频率为50Hz。

超滤系统正常运行过程中必须对超滤膜进行常规反洗及CEB加强反洗。CEB加强反洗每组膜需投加200～500μL/L的酸溶液或碱溶液，为保证膜丝通透性需及时进行CEB加强反洗[2]。

4 超滤系统运行合理性分析

为保证超滤系统安全运行，保证出水指标合格，降低超滤运行电耗及药耗成本，对超滤系统提出以下两点优化运行方案。

4.1 超滤进水泵

当前超滤膜运行压力维持在0.18MPa，设计超滤系统进水压力应不高于0.22MPa，虽然可满足设计要求，但超滤进水泵维持在较高频率运行，超滤系统过滤时由于进水泵的运行而消耗了大量的电能。因此合理降低超滤进水泵运行频率，保证超滤产水流量维持在合理范围内，可大幅节约电能消耗，降低制水成本。

以单台超滤运行为例：单台超滤运行时，进水压力为0.18MPa，产水流量为230m3/h，超滤进水泵运行频率为40Hz，将进水泵频率降低至38Hz，自清洗过滤器进水压力为0.17MPa，超滤进水压力为0.15MPa，超滤产水流量为210m3/h，超滤产水流量未明显减少，进水泵频率明显降低，节约大量电能。

4.2 超滤CEB加强反洗

当前超滤膜使用过程中经50次常规反洗后，超滤产水流量为170m3/h，低于正常产量，完成60次常规反洗再进行CEB清洗后，产水流量明显提升，可达到210～230m3/h。CEB清洗在药剂选择上，当前运行模式为酸-碱切换使用，本次使用酸进行清洗，下次使用碱进行清洗。由于目前水质硬度较低，水中藻类微生物数量较高，应增加碱溶液(次氯酸钠)清洗频次。当水质硬度较高时，则应考虑使用酸溶液(盐酸)进行清洗。

据此，将酸碱投加步序调整为每投加6次碱溶液投加1次酸溶液，通过次氯酸钠的清洗浸泡抑制微生物的滋生，保持膜丝的湿润，保证超滤系统达到设计产量[3]。

5 结 论

①超滤膜系统经过改造后，产水流量满足设计要求，水量稳定，出水水质符合标准。

②改造后系统电耗降低，在保证产水流量满足设计要求的前提下，将原设计超滤进水泵运行方案进行调整，降低了进水泵运行频率，吨水电耗降低，节约了制水成本。

③改造后系统药耗降低，在超滤CEB反洗方面，将酸碱药剂的使用频次进行调整，降低了酸药剂的使用，提高了碱药剂的使用频次，满足当前原水水质条件，更有利于提高超滤膜的清洗效果，减少效果不明显的药剂，降低制水成本。