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5 000 m³/d, 设计通量为56L/ (m²·h) , 采用错流过滤, 错流的比例为10%。

　　 清泰水厂处理工艺流程见图1。

　　 该净水工艺通过臭氧进行预氧化, 改善混凝效果, 并对铁锰进行预氧化, 有利于其在后续的炭砂滤池中去除。通过炭砂双层滤料滤池, 一方面发挥活性炭对微量有机物和氨氮的去除效果, 降低有机物对膜系统的影响, 另一方面, 通过砂层对脱落的生物膜的有效截留, 降低微生物在膜表面生长的风险。最后再通过膜系统的过滤, 进一步保障出水的浊度和微生物安全。

　　 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<1 MPN/100 mL, 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。

　　 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2d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35d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+1 000mg/L NaClO混合溶液, 循环时间120 min。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。

　　 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。图2为截取的水厂随机一段时间的运行通量及压力变化情况示意。

　　 从图2中可以看出, 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。

　　 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。

　　 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, 其药耗如表3为0.006元/m³。

　　 经过统计, 电耗为0.068 9kW·h/m³ (合同签订值0.071 5kW·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。

　　 (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, 出水的大肠菌群数<1 MPN/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%。

　　 (4) 膜系统自投运以来, 一直长期稳定运行, 其生产数据对于今后膜系统设计中参数的选择具有较好的参考意义。