30万吨/天 运行4年的大型压力式膜系统运行效果
杭州清泰水厂压力式膜系统设计总净产水量30万m3/d，采用压力式中空纤维膜。通过对已经投运近4年的水厂长期运行效果的研究，总结了整个处理工艺的净水效果，膜系统运行中的电耗、药耗以及长期运行中跨膜压差、渗透率的变化。
1水厂工艺流程及出水水质
清泰水厂膜过滤深度处理系统采用压力式中空纤维膜，全系统设计总净产水量30万m3/d，由主过滤系统和水回收系统组成。
主过滤系统由2套完全独立的子过滤系统组成，2套主过滤(分别称为1#和2#)系统共18列膜架，每天净产水29.5万m3，设计通量为100L/(m2˙h)，采用死端过滤;水回收系统(称为3#)共2列膜架，负责主系统清洗水的回收过滤，每天净产水5000m3/d，设计通量为56L/(m2˙h)，采用错流过滤，错流的比例为10%。
工艺流程见图1。经过近4年的运行，整个工艺流程进出水水质见表1。
从运行结果可以看到，膜系统对浊度和微生物有很好的去除效果，出水的浊度平均在0.02NTU，出水的总大肠菌群<1MPN/100mL，大大提高了出水的微生物安全性。但是膜系统对有机物和氨氮去除很少，有机物和氨氮主要在炭砂滤池得到去除。
2膜系统运行参数及情况概况
清泰水厂采用的膜参数见表2。
膜系统于2013年4月开始安装，8月完工，2013年底通过性能测试，转入正式产水阶段。膜系统运行中，随着运行时间的增加，在一定的产水量下，其跨膜压差不可避免会增长。因此，如何在跨膜压差增加后，通过清洗恢复到原来的状况是运行中首先要考虑的问题。清泰水厂在运行中，通过3种清洗来尽量减缓膜污染，保持运行的长期稳定。
首先，每30min进行一次物理清洗，每次清洗的时间为60s的气水联合反洗和30s的正冲。气水联合反洗时，反洗水流量和空气流量均为300m3/h。
其次，每2天进行一次EFM清洗(维护性化学清洗)。EFM清洗采用400mg/L的NaClO溶液，清洗循环持续时间为30min。
然后，每35天进行一次CIP清洗(在线清洗)。CIP清洗分碱洗和酸洗，其中碱洗为1%NaOH+1000mg/LNaClO混合溶液，循环时间120min。酸洗为2%的柠檬酸溶液，循环时间为120min。
经过近4年的实践，上述3种清洗方式有效地控制了膜污染，使得膜系统一直能够长期稳定运行。
3膜系统长期运行情况
3.1运行中TMP的变化
一般膜系统有两种运行方式，即恒流过滤或恒压过滤。恒流过滤状态下，通过考察压力变化，可以掌握膜的运行情况;恒压过滤状态下，通过考察流量的变化，可以掌握膜的运行状态。随着城市改造进程中屋顶水箱的取消，杭州市各水厂的时变化系数明显增大，受水厂清水池调节容积(约为10%)的限制，实际水厂运行中，既不是恒流过滤，也不是恒压过滤。运行发现，膜的运行压力和流量随时都在变化，因此，为了使数据更有可比性，选取同样运行通量下，膜的TMP进行分析比较。图3为膜系统投运3年来，每次CIP清洗前后同通量时的运行情况。
从图3中可以看出，总体来看，TMP在冬季与夏季期间呈现有规律的升高和降低的趋势，冬季高夏季低。CIP清洗前TMP变化范围在49~88kPa，平均TMP为62kPa，清洗后TMP变化范围在44~61kPa，平均TMP为51kPa，平均每次下降值为11kPa。
3.2运行中渗透率的变化
运行中，除了要关注实际TMP的增长情况，还要关注每一次清洗后，膜性能的恢复情况。为了消除温度和运行通量不同等因素的影响，选取相同运行通量下的渗透率来进行比较(见图4)。
从图4中可以看出，3年中，CIP清洗前的渗透率变化范围在1.189~1.579L/(m2˙h˙kPa)，平均为1.358L/(m2˙h˙kPa)。CIP清洗后的渗透率变化范围在1.495~1.987L/(m2˙h˙kPa)，平均为1.687L/(m2˙h˙kPa)。渗透率随着季节有规律地波动，一般在冬季较高，夏季较低。
为了更好地衡量清洗对膜的恢复效果，将膜第一次清洗后，通量为80L/(m2˙h)时的初始渗透率值1.88L/(m2˙h˙kPa)作为比较标准，以后每次清洗后的渗透率值都与该值进行比较，用来衡量膜的恢复性能。结果见图5。
从图5中可以发现，在长期运行过程中，膜的渗透恢复率呈现有规律的变化，且一直维持在较高水平，说明膜污染得到有效的控制。膜的渗透恢复率在79.5%~105.7%波动，平均为89.4%。最初有3次的恢复率超过了100%，可能是因为第一次CIP清洗后，膜的性能没有彻底恢复，而在后面几次得到了彻底的恢复。
同时，从图5中也可以发现，渗透恢复率随着温度的升高，有所降低。这可能与渗透率计算过程中，修正系数的值有关。也可能与季节温度不同时，膜受的污染不同有关，在温度低的季节，膜受的污染比较容易恢复，而在温度高的季节，膜受的污染不容易恢复。
4膜系统运行成本分析
在膜运行过程中，药剂主要用于化学清洗。碱洗用的是10%的次氯酸钠溶液以及氢氧化钠溶液，酸洗用的是柠檬酸。根据原设计，在清洗废液的中和过程中，需用亚硫酸氢钠对次氯酸钠进行还原，但在实际运行过程中，发现并不需要使用，因此，实际并没有用到亚硫酸氢钠。膜系统投运后，经过统计，其药耗为0.006元/m3。
经过统计，电耗为0.0689kW˙h/m3(合同签订值0.0715kW˙h/m3)，电费按照0.8元/(kW˙h)计算，则电耗为0.056元/m3。膜系统总运行费用为0.062元/m3，其中电耗占90.32%，药耗只占9.68%。可见，膜系统最大的运行费用在电费。
5结语
(1)膜系统长期运行结果表明，膜对有机物和氨氮基本没有去除效果，但是对浊度和微生物具有很好的去除效果，其出水浊度平均在0.02NTU，出水大肠菌群数<1MPN/100mL。
(2)膜系统采用气水联合反洗并结合EFM清洗及CIP清洗，有效地控制了膜污染，系统运行近4年来，跨膜压差、渗透率等主要控制指标均没有明显上升。
(3)膜系统运行中，总运行费用为0.062元/m3，其中电耗占90.32%，药耗只占9.68%。
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