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超滤膜在污水深度处理中的应用

发布时间:2021-6-4 10:45:01  中国污水处理工程网

  近几年,超滤膜分离技术作为再生水处理,工艺越来越成熟,它具有膜分离过程物质不发生相变、分离系数较大、在室温下操作和节能高效等特点,是解决环境污染等问题的重要新技术。但在水厂运行管理中,也会出现各类问题,本次总结北京市昌平区再生水厂运行管理经验,并应用到再生水厂的工艺优化改造方案中。

  1、水厂概况

  昌平再生水厂是在二级出水的基础上新建污水处理水厂,为了使污水二级处理系统和再生水系统分离,污水处理不受膜设备稳定性的影响,再生水厂可以根据回用水要求灵活调整运行方式,减少运行成本;因此该再生水厂主要采用超滤膜系统,可以有效去除悬浮颗粒物、浊度与大分子有机物等。二级污水厂主要处理工艺为卡鲁塞尔氧化沟工艺,后接沉淀池,有较好的脱氮除磷、去除有机物的效果。沉淀池出水进入再生水厂,沉淀池出水水质符合GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准,再生水厂主要进水水质指标如表1。从表1看出,二级出水水质满足超滤系统进水水质要求。

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  2、工艺介绍

  再生水厂处理规模为2万m3/d,处理单元主要包括混凝剂投加装置、自清洗过滤器、超滤膜组件、超滤装置清洗系统和反冲洗系统等。来水通过投加混凝剂,进入自清洗过滤器,去除来水中大的悬浮颗粒,保护超滤系统运行,作为超滤的保护处理手段,自清洗过滤器采用过滤精度为100μm,2套装置(1用1备),单套最大处理水量为1100m3/h,在进水压力满足情况下可自动反清洗。超滤膜组件为外置内压超滤膜,每个膜组件长1.5m,膜丝内径0.8mm,外径1.2mm,采用了4套超滤设备,形式为卧式超滤膜,总膜组件数量为368支,具体技术参数如表2。再生水厂处理工艺如图1。

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  3、存在问题及原因分析

  该再生水厂运行至第5年,出现运行负荷低、产水量降低、自清洗过滤器或超滤膜堵塞及产水浊度过高等问题,具体如下。

  (1)再生水资源浪费。

  设计出水回用于上游景观,但水厂建成运行后,由于配套回用水管线未建好,处理出水直接排入河道,未能回用,造成再生水资源浪费。

  (2)系统产水能力不足。

  ①由于二沉池出水不均匀,水量波动较大,并且集水池容积较小,未能起到调节水量的作用。再生水厂进水波动较大,白天,超滤系统供水量充足,可以持续产水;夜间,水量严重不足,该段时间超滤膜低负荷运行;因此超滤膜系统最大产水量约为1.3万m3/d,仅能达到设计水量的65%;

  ②由于二级处理采用活性污泥法,二沉池池面偶尔会有上浮污泥,导致二级出水浊度瞬时升高,出水直接进入自清洗过滤器,自清洗过滤器无法全部滤清,超滤系统开机后跨膜压差过高,致使产水流量快速降低,无法达到产水量要求。

  (3)自清洗过滤器和超滤膜系统污堵严重。

  ①由于夜间再生水厂的来水量较少,集水池内水力停留时间较长,滋生大量的微生物,而微生物的滋生造成了后续设备的堵塞;

  ②二沉池瞬时来水浊度高,致使自清洗过滤器连续工作,过滤器滤芯快速堵塞,设备自动清洗程序无法及时清洗滤芯,间隔2~3d还需将滤芯抽出人工清洗,设备故障率高;

  ③由于自清洗过滤器经常堵塞,进入超滤系统的水质浊度高,超滤膜短时间内跨膜压差升高,增加了超滤膜的反洗次数,增加了运行费用,减少了超滤膜的使用寿命。同时,该超滤系统为内压式超滤膜,对于进水瞬时浊度较高的水质情况,极易堵塞,在同等情况下,内压式超滤膜与外压式超滤膜相比较,产水透过率低、反洗频次高与反洗周期短,平均跨膜压差上升速度快。

  (4)对4套超滤膜系统的运行情况进行完整性检测及分析,发现如下几个问题:

  ①4套超滤膜丝出现严重老化,断丝情况已接近产品公司超滤膜的允许断丝率;

  ②超滤膜装置上的排气阀质量较差,长期运行后排气作用失效,不能有效排气,增加了超滤膜断丝的频率;

  ③运行多年后的超滤膜发生不可逆的污堵,导致透膜压差升高,产水量不能满足要求。

  4、解决方案

  针对出现的问题及原因,对该再生水厂进行改造,经过对比分析,确定如下改造方案,新增提升泵及细格栅,更换自清洗过滤器滤芯,更换超滤膜组件。改造后工艺流程如图2。

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  (1)随着市政污水管线的不断接入水厂,市政来水量增多,白天夜间水量可以保证超滤膜系统的正常运行,确保再生水厂处理水量的充足。

  (2)为降低对自清洗过滤器及膜系统的污堵,采取如下措施。

  ①为了防止集水池内微生物生长,超滤进水保持0.2~0.5mg/L以上的余氯,设置进水加氯装置,加氯量为2~3mg/L,投加点在集水池;

  ②在进水前端增加1.0mm细格栅及提升泵,用来对二沉池出水进行过滤,去除较大的悬浮物;

  ③更换自清洗过滤器滤网,保证后续处理的稳定性。

  (3)改造超滤系统。改造后的超滤膜为外压式中空纤维膜,正常运行压差30~60kPa,清洗触发压差小于150kPa,超滤过滤工艺采用全流量运行(死端过滤)工艺,以节省运行能耗。当达到设定的过滤时间时,系统自动开启气水联合反洗工艺过程,高效的气水联合反洗工艺是保持外压式超滤长期稳定运行最重要的物理清洗方式。改造后的超滤膜组件技术参数如表2。

  5、运行现状

  目前改造工程已完成,工程取得较好效果。设备运转正常,故障率低,产水量大幅提高。

  (1)工艺前端膜格栅有效去除悬浮物,集水池内投加氯,有效抑制了微生物的滋生,降低了自清洗过滤器和超滤系统的污堵,保证了后续的稳定运行。自清洗过滤器运转正常,达到设定压力自动进行反冲洗,运行稳定,效果较好。

  (2)系统产水量由设计值的65%增加到90%。水质也有所提高。

  图3为改造前后一个月的水量变化图,改造前水量基本上在0.9万~1.3万m3/d,改造后,随着调试运行,水量由0.8万m3/d上升到1.8万m3/d,并保持稳定,处理水量大幅上升。

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  改造前后出水水质如表3。从表3可以看出,超滤系统对BOD5、COD以及SS有一定的处理效果,改造后BOD5、COD以及SS去除率分别提高6%、12%和22%。

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  (3)根据水质水量以及运行情况,系统设定目前每组膜大约每40min进行空气擦洗30s/次,气水联合反洗45s/次,次氯酸钠清洗1次/d、酸洗1次(/60d)以及氯酸钠清洗+酸洗1次(/90d),具体化学清洗参数如表4。每组膜最大产水量为230m3/h,同时定期做好超滤膜系统维护保养工作,最大产水量1.8万m3/d,达到设计水量的90%。处理出水符合GBT18921—2002《城市污水再生利用—景观环境用水》标准,出水进入人工湿地,回用于上游景观。

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  6、结论与建议

  (1)结论。

  超滤膜工艺运行处理效果明显,出水水质高,运行稳定,但在运行中存在产水量不足、滤膜堵塞、产水浊度高、滤膜老化和断丝等一系列问题,通过增加细格栅、投加氯、更换设备及组件等改造措施和做好系统组件的维护保养工作,有效地改善了运行状况。

  (2)建议。

  对于老旧水厂的提标改造,在设计阶段要充分考虑实际运行中存在的问题、新旧工艺的衔接等问题,才能提出更切实可行的改造方案。同时在运行过程中,做好设备的维护保养,增加设备的使用寿命,才能保证后续顺利运行。(来源:北京昌平区水务局)

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