超滤系统在水处理中的应用.docx
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超滤系统在水处理中的应用
长沙环境保护职业技术学院环境工程系
毕业论文
超滤系统在废水回收中的应用
摘要
自来水厂的生产废水可占整个水厂日产水量的3%～7%，对这部分废水进行回收利用，可以节约水资源、提高水厂的运营能力、减少废水的排放量。
本文针对自来水厂生产废水的回用的工艺运行进行了介绍，对直接回用和处理回用两种回用过程进行了比较分析，并针对超滤系统在处理生产废水中的应用进行了概述。
关键词：
超滤；生产废水；废水回用；工艺流程
绪论
自来水厂的生产废水主要来自沉淀池或澄清池的排泥水和滤池的反冲洗废水，可占整个水厂日产水量的3%～7%。
对这部分水进行回用，不仅可以节约水资源，提高水厂的运营能力，还可减少废水的排放量。
本文主要是对广东省阳江市东平镇阳江核电水厂的净水工艺进行了改进，分析其反洗水回收利用。
其实很多水厂在设计时都考虑了生产废水的回用措施，但由于水质的问题，有相当部分的水厂没有或不常回用。
这是因为这部分废水中不仅富集了原水中几乎所有的杂质，还包括了在生产工艺中投加的各种药剂或者到了回用的成本过高等因素。
由于原因，再加上水中含有很多肉眼看不到的微生物（主要是病原体、贾弟鞭毛虫和隐孢子虫）。
因此具有一定的风险，在考虑回用时必须对废水的性质进行安全性研究。
1、生产废水回用的卫生安全性研究
卫生安全的饮用水，需满足三个方面的水质要求：
感官性状良好；防止介水传染病的发生，确保微生物学的安全性，特别是人和动物粪便的污染可引起介水传染病的爆发流行；预防化学物质的急、慢性中毒以及其他健康危害（如致畸、致突变、致癌作用）。
卫生安全性研究主要根据生产废水的特点，从微生物安全性、微量有机污染物以及致突变方面进行系统研究。
广东省阳江市东平镇阳江核电水厂的水源为东平镇平堤水库，其水质主要存在要处理的问题有浊度、病菌去除、COD去除、铁、细菌去除（包括病原体、贾第虫、隐孢子虫）、微粒（＞2µm）去除。
当原水经过超滤系统处理后，其生产废水主要是反洗水。
反洗水中不仅仅富集了原水中几乎所有的杂质，还含有水中大部分的微生物（大肠杆菌、贾弟鞭毛虫和隐孢子虫）。
因此，回用这部分水时可能会造成滤后水中的“两虫”数量增加的风险，生产废水必须经过预处理方能回用；混凝沉淀和过滤是常规水处理工艺去除贾第虫和隐孢子虫的重要阶段，研究表明滤后水浊度与两虫的含量具有较好的相关性，混凝效果和过滤的好坏对两虫的去除率起到非常显著的作用；之后还要经深度处理后才能回到超滤系统中，经处理后方能达到生活用水的标准主。
目前国内大多数水厂也逐渐重视生产废水回用的安全性，但目前的研究多基于常规水质参数的检验，由于检测方法的复杂和费用的昂贵，即使针对水域中的贾第鞭毛虫和隐孢子虫，也只有深圳和澳门地区进行了初步检测。
2、生产废水回用卫生指标
广东省阳江市东平镇阳江核电站水厂一期工程水处理系统，该系统包括预处过滤系统、超滤系统、加药系统、中和池系统、压缩空气系统、供水系统、生产废水系统。
该净水系统主要作用是通过多介质过滤器和超滤系统过滤，将阳江水库水中的大颗粒物、悬浮物、细菌、微生物、胶体等物质去除，处理后作为核电站生产、生活、消防用水。
项目
去除率
浊度
≤0.1NTU
病菌
≥4log
COD
≥30%
铁
0.3mg/L
细菌（病原体、贾第虫、隐孢子虫）
＞6log
微粒
2.5～3.5log
与传统的过滤技术相比，超滤装置系统简单且出水水质稳定，出水水质几乎不受原水水质的变化造成的影响，而且占地面积小，操作简单，可以很容易实现自动化运行。
它的系统设计水质为：
其他指标须满足《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006中生活饮用水水质的要求。
生活饮用水水质：
1、微生物指标
总大肠菌群
不得检出
耐热大肠菌群
不得检出
大肠埃希氏菌
不得检出
菌落总数
不得检出
2、感观性状与一般化学指标
色度
15NUT
浑浊度
1～3NUT
臭和味
无异臭、异味
肉眼可见物
无
铁（mg/L）
0.3
锰（mg/L）
0.1
贾第鞭毛虫（个/10L）
＜1
隐孢子虫（个/10L）
＜1
PH
6.5～9.5
溶解性总固体（mg/L）
1500
总硬度（mg/L）
550
耗氧量（mg/L）
5
氯化物（mg/L）
300
硫酸盐（mg/L）
300
3、超滤概述
3.1超滤系统简介
超滤系统主要由3台超滤给水泵、3套叠片过滤器和3套超滤装置以及2台超滤反洗水泵、1台超滤反洗保安过滤器、1台超滤清洗水泵、1台超滤清洗水箱、1台超滤清洗保安过滤器、1台膜保护液投加泵、反洗加酸、碱、次氯酸钠装置、产水加氯装置以及完整性检测、有减压阀、安全阀等组成。
超滤装置为自动程序控制运行，阳江核电水厂所采用的PLC自动控制系统。
该部分主要是除去悬浮固体、胶体、大分子物质以及病毒、微生物。
超滤系统近期设备每天产水量为1400m3/d（含反洗用水），反洗用水140m3/d，与叠片过滤器反冲洗水，中和池排放水混合后排放，排水SS≤60mg/L。
3.2超滤系统运行简介
产水运行：
中间水池储水经超滤给水泵增压，通过叠片过滤器（过滤精度100µm）滤去原水中的大颗粒物质，然后进入超滤装置。
超滤给水泵进口至单套超滤装置产水出口为单元制系统，3套超滤产水分别通过的根产水管进入清水池。
产水在进入清水池前加入者NaClO。
清水池一部分储水通过供水泵增压，打入高位水池作为生活用水等。
清洗操作：
当超滤长期运行一段时间后，平均过膜压差高于设定值，此时该套超滤装置发出膜压差高报警信号。
些时进行超滤化学清洗操作。
完整性检测：
超滤装置完整性检测是通过“加压衰减测试”以确定认是否有泄漏的膜纤维。
在完整性检测期间，超滤装置将脱离正常运行，透过液被排放，然后产水侧用压缩空气加压至0.55bar（1bar=0.1MPa）。
一旦加好压便切断空气的供给，产水侧压力的衰减被持续的监测。
4、工艺原理
处理的是水厂过滤设备的反冲洗水、中和池排放水直接排放到自然水体。
废水处理系统设计处理能力近期为650m3/d远期为1300m3/d设计处理能力按远期流量考虑。
由于原水悬浮物较低，多介质过滤器前暂按不考虑投加混凝剂，多介质过滤器出水的悬浮物按5mg/L考虑，每台设备每次反洗用水量为70m3。
4.1水厂处理工艺
以下为阳江核电水厂超滤水处理工艺流程：
4.2过滤原理
4.2.1超滤原理
超滤分离技术是膜分离水处理方法之一。
按被过滤颗粒的大水分类，有微滤、超滤、纳滤、反渗透等膜法过滤方法。
一般来说超滤（UF）膜分离法可滤除20～100A（<0.1µm）大小的颗粒，过滤精度在0.005～0.05µm之内，截留分子量范围为50～500000道尔顿，相应膜孔径大小的近似值为50～100A。
超滤可分离液体中的胶体、蛋白质、微生物及大分子有机物，而能透过所有的溶盐及较小的分子。
超滤的截留范围为：
悬浮固体、胶体、大分子物质、可以全部截留；BOD、COD、小分子可以部分截留；水、盐、可溶性固体可以全部通过。
叠片过滤器精度要适中，选择过大，不能起到保护超滤膜丝的作用，叠片过滤器精度选择过小，则叠片过滤器反洗频繁，自用水量增大，导致系统制水连续性降低。
整个超滤系统为自动程序控制运行，实现了自来水生产自动化。
阳江核电水厂处理系统除了超滤外还有多介质过滤、叠片过滤。
4.2.2多介质过滤器
多介质过滤器是利用一种或几种过滤介质，在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒材料，从而有效的除去悬浮杂质使水澄清的过程，常用的滤料有石英砂，无烟煤，锰砂等，主要用于水处理除浊，软化水，纯水的前级预处理等，出水浊度可达3度以下。
多介质过滤器是常用的水质深度净化的预处理装置，可根据工艺要求填加不同的滤料。
4.2.3叠片式过滤器
叠片式过滤器是通过相互压紧的表面刻有沟纹的塑料叠片实现表面过滤和深度过滤的结合。
相邻叠片因为沟纹走向的角度不通，从而形成许多沟纹交叉点。
这些交叉点又构成大量的空腔和不规则的通路，从而导致紊流勺颗粒间的碰撞凝聚，使其容易被拦截，因此保证了过滤效果。
当叠片之间的沟纹累积大量的杂质后，过滤器通过改变水流方向，自动打开压紧的叠片，并喷射压力水驱动叠片高速旋转，通过压力水的冲刷和旋转的离心力使叠片得到清洗。
然后再改变水流的流向，恢复到初始的过滤状态。
超滤装置前设置叠片过滤器主要是为了截留较大颗粒物。
5、生产废水回用方式
5.1直接回用
直接回用是目前国内采用较多的方式，主要有滤池反冲洗废水直接回收和生产废水上清液回收。
前者设置回收池，将滤池反冲洗废水加以收集，提升至原水絮凝前加以回收。
后者设置污泥浓缩池，沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经过浓缩，上清液提升至原水絮凝前加以回收，底部污泥进入污泥处理系统或直接排入河道或下水道。
这种回用方式本身费用较低，可以结合厂区的污泥处理系统一起实施，但需加强水质监测措施，一旦回用水水质不能满足回用标准，必须降低回用负荷或不回用。
阳江核电水厂的废水处理工艺没有采用回用流程，考虑到成本及废水种类（主要是泥水）其反洗水经絮凝沉淀后直接外排。
其流程：
反洗水出水
在回收利用中主要废水是反洗水，考虑到水资源的缺泛,可以采用可回收利用的工艺流程。
首先，主要是利用絮凝、沉淀来除去反洗水中的泥，以FeCl3为混凝剂，以NaHO/HCl为酸碱调节剂，经过混凝沉淀后来达到排放标准。
这一部分处理后的水是可以回用的。
只是回用水中富集了原水中几乎所有的杂质、投加的各种药剂、和病菌（如贾弟鞭毛虫和隐孢子虫），需要采用合适的工艺方法去除水中对人体有毒有害的物质。
其次，把回用水中的微生物杀死，然后是经深度处理后能达到饮用水标准或自来水标准。
在这广东省阳江市东平镇阳江核电站水厂的净水系统中，可以把这部分水先经臭氧发生器去除水中的病菌后，再接入到超滤系统中与整个系统组成一个循环系统就能达到一个回用的目的。
经过超滤系统处理之后，出厂水水质可以达到
项目
去除率
浊度
≤0.13NTU
病菌
≥4log
COD、BOD
≥30%
铁
＜0.3mg/L
细菌
＞6log
SS
2.5～3.5log
余氯
≤0.3mg
PH
≤7.13
污泥
絮凝沉淀池
中间水池
加药罐
斜管沉淀池
污泥脱水机
清水池
超滤系统
臭氧发生器
5.2处理回用
处理回用是对生产废水进行处理，使其水质满足原水的常规化学指标和生物指标后再回用。
处理方式与生产废水的水质有较大关系，如果处理费用高于原水费用则没有回用的必要。
而这一点往往造成了大多数的水厂不进行废水回用，尤其是中、小型水厂。
5.3生产废水回用的水质问题及处理方式
阳江核电水厂水源是由地表径流形成的地表水，然后储存在平堤水库。
在自然界加水含铁、锰过量摄入对人体是有慢性毒害的。
锰的生理毒性比铁严重。
目前我国的地表水环境质量标准和生活饮用水标准中对铁和锰的标准分别为0.3mg/l和0.1mg/l。
一般地下水含铁锰较高，但有地表水中铁、锰离子的含量也超出了水质标准，虽然尚在常规处理的能力内，但如果对生产废水不加处理就进行回用，其富集作用将会影响到出厂水的水质，无法达到生活用水水质标准。
在水处理方面，膜分离技术脱离了传统的化学处理范畴，转入到物理固液处理领域。
与常规饮用水处理工艺相比，膜技术具有少投甚至不投加化学药剂、占地面积小、便于实现自动化等优点，并已应用于城镇自来水的深度处理上。
常用的以压力为推动力的膜分离技术有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）以及反渗透（RO）等。
其特点是能够提供稳定可靠的水质，这是由于膜分离水中杂质的主要机理是机械筛滤作用，因而出水水质在很大程度上取决于膜孔径的大小。
超滤（UF），是介于微滤和纳滤之间地一种膜技术，其滤膜的孔径为5nm～0.1µm，操作压力为0.1～1.0Mpa，可以去除分子量300～3×105的大分子及细菌、病毒、贾第虫和其它微生物。
由于超滤的成本较高，最好能结合水厂的处理工艺一并考虑。
6．滤膜的污染防治与应用经验
6．1污染防治
在膜操作过程中，膜的渗透量会逐渐降低。
导致膜的渗透量降低的原因主要有膜的污染和膜的压实，其中膜的污染是主要原因，污染物在膜内部积累，会堵塞膜孔或减小其有效半径，对通过膜的物流形成一附加阻力，人而降低膜的渗透性。
造成膜污染的机理大致有：
形成泥饼、形成凝胶层、形成沉淀、吸附污染和堵塞污染。
6．2应用经验
在实际运用中发现，对浊度、细菌、大肠杆菌、的去除率为100%；总铁几乎被完全去除；对锰的去除率为70%左右，对色度的去除率为60%左右。
在控制膜的污染，延长膜的使用寿命，保证经济、平稳运行方面，根据季节、水温的变化调节透水率和膜表面流速至关重要，优化对高分子有机物和无机物污染物的预处理也是增加使用寿命、提高运行效率的方法之一。
另外，无论膜两侧压差变化是大是小，定期进行化学洗涤对避免低分子物质在膜孔内沉积形成吸附污染有重要意义。
7．结论
经分析研究本工艺适应用于1～3×103的小型水厂的废水回用，其净化效果好，能够达到饮用水标准。
但要注意的是该工艺应用不广泛，在建设生产中应判断生产废水是否回用时，应根据原水和生产废水的水质、水量等因素进行分析：
当原水水量足以满足供水要求且费用较低，而生产废水必须先处理再回用，回用费用远高于原水费用时，可以不考虑回用；当原水费用较高，而生产废水的水质较好可不处理，回用费用低于原水费用时，可以考虑直接回用；当原水水量较紧张且费用较高，而生产废水的水质经过简单处理可以满足回用要求，回用费用与原水费用接近时，可以考虑处理回用。
在考虑回用水处理时，处理效果和经济性是一种工艺是否被采用的关键。
特别是后者，决定了这种工艺是否得以推广。
回用水系统工艺的选择和设计，最好结合水厂的臭氧预处理、深度处理和污泥处理等一并考虑。
参考文献：
（1）聂梅生等.水工业工程设计手册－水资源及给水处理.中国建筑工业出版社,2001
（2）邵刚编著.膜法水处理技术及工程实例.化学工业出版,2002
（3）曲久辉等著.饮用水安全保障技术原理.北京:
科学出版社，2007
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