超滤膜技术作为饮用水处理的一个独立工艺单元^[1], 是水处理领域近年来重要的技术突破。近年来, 随着制膜工艺的进步, 膜产品的价格降低, 国内越来越多的大型市政给水厂采用超滤膜处理技术, 超滤膜技术出水水质优良, 微生物安全性高, 在保障及提升水质方面效果显著^[2]。

对于国内市政供水行业, 2018年底～2019年初, 3座超过50万m³/d规模的大型给水厂超滤膜系统的市场公开招标令人关注。北方, 北京G水厂 (50万m³/d, 柱状超滤膜) 于2018年9月完成招标;中部, 浙江T水厂 (50万m³/d, 浸没式超滤膜) 于2018年10月完成招标;南方, 广东B水厂 (60万m³/d, 柱状超滤膜) 于2019年1月完成招标工作。

在北京G水厂完成招标后, 作者参与了后2座水厂的工程设计和招标技术要求的编制工作, 本文对3座水厂的招标技术要求进行细节对比和技术总结, 以期为今后国内类似水厂超滤膜系统的设计、采购、施工和运营优化提供参考。短短的半年时间, 该3座水厂密集完成了设备招标, 可以预见在未来的1年内会陆续通水运行, 届时会有进一步的运行效果和技术总结工作。

北京G水厂水源为南水北调水, 供水规模50万m³/d, 冬季最低水温1 ℃时产水能力50万m³/d, 夏季25 ℃时产水60万m³/d。水厂流程为预臭氧-机械搅拌澄清池-后臭氧-炭砂滤池-超滤膜车间-紫外/氯消毒-清水池, 其中超滤膜采用柱状超滤膜系统, 活性炭处理后水进入超滤膜系统。膜车间分南北独立2个系列, 每系列规模均为25万m³/d, 单系列膜车间最大平面布置尺寸为72 m (南北向) ×50 m (东西向) , 每系列设20组压力式超滤膜堆, 并预留2组膜堆的土建安装条件, 单组膜堆处理能力1.25万m³/d。

G水厂的招标工作在详细设计之前, 即完成膜系统招标后再进行详细的施工图设计, 招标中规定了处理水自车间西侧正中位置进入室内, 处理后出水位于东墙正中位置。

浙江T水厂水源为本地水库水, 水质优良, 为Ⅰ～Ⅱ类水, 供水规模50万m³/d, 按60万m³/d进行校核, 水厂采用以超滤膜为核心的短流程工艺即机械混合折板絮凝平流沉淀池-超滤膜池-清水池, 其中超滤膜采用浸没式^[3]。浸没式超滤膜池设独立的4排, 每排5格, 共20格膜池, 单格膜池处理能力2.5万m³/d。膜池进水采用配水堰, 产水进入清水调节池, 为虹吸产水, 调节池内设潜水轴流泵, 当跨膜压差≤4 m时, 膜池为重力虹吸产水;当跨膜压差>4 m时, 采用潜水轴流泵提升产水。

不同于另外2个水厂, T水厂的膜设备招标是单纯的膜池内膜组件设备招标, 不是全系统招标。膜设备招标工作是在完成全部施工图设计, 膜池外的土建、安装、设备及自控系统已经招标完毕, 正在施工时开展的。投标膜制造商只负责膜组件设备供货及安装, 整个系统的稳定运行由已经确定的设备供货及安装承包商负责。

广东B水厂水源为西江原水, 供水规模60万m³/d。水厂流程采用预臭氧-折板絮凝平流沉淀池-砂滤池-后臭氧-活性炭吸附池-超滤膜车间-清水池的全流程工艺, 由于流程较长, 考虑各种超越运行工况, 比如沉淀池出水或砂滤池出水直接进超滤膜车间等。超滤膜采用柱状超滤膜系统, 分4个系列, 每系列含10组膜堆, 单组膜堆处理能力1.5万m³/d。

广东B水厂是在完成详细的设计导图后开展的招标工作, 设计导图明确了膜车间布局、管路布置、设备种类数量和运行方式等, 投标人必须在设计导图确定的方案下完成系统布局。

3座水厂在招标范围和招标前的准备工作上略有差异, 浙江T水厂只招膜池内的膜组件设备, 其他2个柱状膜水厂是招标整个膜系统, 包括性能担保, 其中北京G水厂是由投标商确定膜车间细节布局方案。

招投标过程中技术和商务是无法分开的, 技术条件需要对应的商务付出。3座水厂提出的商务要求各不相同, 以下针对招标范围、投标人资格要求、业绩要求、联合体投标、投标限价、评标方式、付款条件等进行汇总比较, 如表1所示。针对表1要求, 总结如下:

(1) 北京G水厂和广东B水厂是柱状超滤膜系统成套设备招标, 因此设定了投标安装资质要求。而浙江T水厂是浸没式膜组件设备招标, 因此无安装资质要求, 同时由于浸没式膜池内膜组件通用性较好, 招标设定了2个标段, 考虑招2家不同的膜组件供货商。而柱状超滤膜系统招标不接受同时使用≥2种形式以上的膜组件。

(2) 北京G水厂是考虑可联合体投标, 由不同的膜组件供货和膜工程公司形成联合体。而广东B水厂是不允许联合体, 但对投标人的分包有要求。

(3) 北京G水厂的质保期2年, 质保金3%, 5年的膜组件工作寿命由投标人投标时自行出具价格补偿声明;浙江T水厂的质保期要求6年, 付款条件更为苛刻, 完工后只能付到50%, 今后每年进行严格的质量考核, 不合格要扣款;广东B水厂的质保期分设备3年, 膜组件7年, 对应质保金设备3%, 膜组件10%。

(4) 都是采用综合评分法确定中标人, 其中浙江T水厂是投标价格比基准价高加分, 低扣分。由于其付款条件较为苛刻, 因此更希望合理价中标而非低价中标。

3座水厂对超滤膜组件的要求不完全相同, 简述对比如表2所示。

对于超滤膜组件的要求, 浙江T水厂浸没式中空纤维超滤膜除了膜孔径、回收率和膜出水效果外, 其余均不同于另外2座水厂柱状超滤膜。对于均采用柱状超滤膜系统的北京G水厂和广东B水厂, 结合自身需求和关注点, 膜组件的要求差异也较大。

投标人需根据进、出水水质情况, 进行压力式超滤膜系统设计并供货。压力式超滤膜主系统是由若干超滤膜组件集成于膜架内组成膜堆, 多个膜堆在自动化系统的统一控制下构成相对独立的超滤膜装置。超滤膜的结构设计应有利于滤膜的更换和扩容, 并应满足均匀配水的需要。当膜污染超过它的设定指标时会自动强制冲洗, 以保护膜的使用寿命和达到稳定的出水流量。当进水水质未达标时, 系统应有自我保护功能及自我检测功能, 保证设备不受损坏。系统须配置相应的辅助系统 (包括原水提升系统、反冲洗系统、化学清洗系统、废水无害化处置系统、完整性检测系统和监控系统等) , 所配置的辅助系统应保证膜系统连续安全运行。系统应设置足够的冗余 (如电气、管道、罐、水泵、鼓风机、空压机等) , 各子系统主要设备 (如水泵、空压机、加药泵、罐等) 应有足够备用, 以保证超滤膜系统在维修及事故时正常供水。

所有用于压力式超滤膜系统的管材必须是耐所输送介质长期腐蚀和压力的优质材料, 管道材质要求见表3。

招标文件中对工艺系统设备、供配电系统、仪表自动化监控系统等各种设备都有详细质量要求。

T水厂仅为膜池内的膜组件供货及安装, 外配套 设备安装和外系统建设由水厂的设备供货及安装承包商负责, 对于膜池内的膜系统有以下要求:膜系统能用配套的隔断阀关闭单个或若干个组件, 实现离线, 拆除起吊的功能。膜系统应是模块式设计, 易于增容, 膜组件之间应有完整的管道及相应的阀门将它们连接成一体。应配备全部管道、管件及接头, 还包括所有的支架、紧固件、夹具及其他附件。如膜组件安装在膜箱内, 膜箱材质应为不锈钢316, 膜组件如有金属材质应为不锈钢316, 满足酸洗、碱洗、消毒剂清洗的要求, 且不会对产水水质产生任何影响。投标人应根据设计院提供的膜池池型合理布置曝气系统的管路。

B水厂招标时提供了详细的设计导图, 按照设计导图配置膜组件以及厂房内的管路布置。超滤膜系统由40个膜堆组成, 分4个系列, 每个系列10个膜堆。进水提升系统共设2套泵组, 每套对应2个膜系列, 每套泵组设6台变频卧式离心泵 (4用2备) 。自清洗过滤器设2套机组, 每套对应2个膜系列。反冲洗水泵共设4套泵组, 每套对应1个膜系列, 每套泵组设2台变频卧式离心泵 (1用1备) 。反冲洗鼓风机共设4套机组, 每套对应1个膜系列, 每套机组设2台罗茨鼓风机 (1用1备) 。压缩空气系统设备共设2套, 每套对应2个膜系列。维护性化学清洗系统共设4套, 相互连通, 每套对应1个膜系列。恢复性化学清洗系统储存、调制和投加设备共设4套, 每套对应1个膜系列。

膜堆内膜组件间连通管须为膜厂家成型配件形式, 不允许现场加工制作安装, 材质要求为CPVC、PE或亚光式不锈钢304管材。招标人会优先考虑膜堆系统具有通用性强的方案, 即膜架非针对性设计, 膜堆可以至少装填2个品牌产品的膜组件。

每个系列膜组件在布置时, 应满足进水和反洗、清洗时水力分布均匀, 投标时应对过滤系统均匀配水性进行详细说明。每个膜组件应设气检时用于观察气泡的透明管。每个超滤膜堆进水及单个膜系列反洗水管路上都必须配置电磁流量计, 以便控制超滤系统的正常安全运行。每个超滤膜系列产水处应配有在线浊度计、在线颗粒计数器等检测仪表。每个膜堆支管设取样点, 单组膜堆的进出口管路上必须单独配置隔离阀及泄空阀等安全措施。

由上可看出, 由于需求不同, 3座水厂膜系统建设要求各不相同, 其中的建设细节要通过今后实际运行的效果给予检验, 再总结优化。

3座水厂对超滤膜的运行考核要求有相同点, 也有差异处, 体现出各水厂技术人员对超滤膜系统稳定运行的关注点。

活性炭吸附池出水进入超滤膜系统, 水温1～30 ℃, 在各种工况下, 压力式超滤膜系统应保证在最低水温1 ℃时, 具备不低于50万m³/d的产水能力。各种运行工况包括:①标准运行工况;②每系列 (共2个系列) 各一组水洗工况;③每系列各一组水洗、一组维护性化学清洗工况。

单个膜组件年断丝率不得大于0.1‰, 一个膜组件在整个生命周期中断丝率不得大于0.5‰。5年内膜元件的中空纤维累计破损率不得大于1%, 投标人应标明单个膜组件膜丝的数量并明示破损的检测方式及检测压力。压力式超滤膜系统质保期内非人为原因造成膜通量减少5%以上, 或膜系统产水率下降5%以上时, 投标人应当完全承担维修费用。

G水厂要求投标人自行填写超滤膜系统技术性能参数表、超滤膜系统成本表、性能参数保证书等技术性考核要求表。

由于T水厂膜组件供货完工验收合格后只支付合同价的50%, 后6年的质保期内每年需进行考核, 根据考核结果支付剩余费用, 如未达到约定指标要求需扣款, 因此, 其招标时提出了较为详细的考核要求。

膜进水为沉淀池出水, 进水设计水温5～30 ℃, 承诺质保期内均要求在这个水温范围内及规定的时间内 (每年1～3月) 进行相关参数的考核。进膜池的沉淀池出水水质常规状态下浊度≤3 NTU, COD_Mn≤3 mg/L。由于水厂实际生产存在不确定因素, 按照50万m³/d规模运行时, 最大时变化系数按照≥1.2设计, 特殊情况下可能会超过这一限值, 作为超滤膜系统需要具备应对特殊状态下运行的能力。

投标厂商的膜设备在整个承诺的质保期内必须满足该运行条件要求:①气冲洗周期≥50 min;②过滤 (水反冲洗) 周期≥100 min, 每次反冲洗排除≤1/4池容积水, 放空一次池体所经历的反冲洗次数≥6次, 回收率≥95%;③维护性清洗周期≥25 d;④恢复性化学清洗周期≥6个月。

分为使用潜水轴流泵运行工况 (跨膜压差4～7.5 m) 的生产能力1和不使用潜水轴流泵虹吸重力产水运行工况 (跨膜压差≤4 m) 的生产能力2。在投标人承诺的质保期限内, 按照额定的运行条件6小时连续运行检测计算平均每个小时实际净生产能力, 生产能力1单格滤池产水≥1 250 m³/h (全系统60万m³/d) , 生产能力2单格滤池产水≥1 050 m³/h (全系统50万m³/d) 。

膜丝的本体断裂或从膜组件固定端脱离将均被认为是断丝现象, 单个膜组件年断丝率不得>1‰, 1个膜组件在整个质保期内的断丝率不得>5‰。

招标文件提供了2种完整性检测的方式, 投标人可以根据膜丝材质选择其中一种方式。

(1) 压力衰减法, 气检压力应满足可检测的最大破损值≤3 μm, 1次1格气检时间≥10 min, 累计衰减压力≤气检压力的1/10为合格, 气检频率不低于每2周一次。

(2) 在线颗粒计数仪实时检测法, 对正常运行状态的单一膜滤格进行连续24 h实时检测, 间隔10 min记录计算, 颗粒计数仪≥2 μm在50以内的达标率≥95%才认为其完整性合格, 每个膜组件的检测间隔时间不大于1个月。

年度药剂使用总消耗量标准如表4所示。

在质保期限内, 从验收合格试运行日起定期 (每 年1～3月期间, 间隔12个月) 组织一次对超滤膜系统的年度考核, 考核内容包括每个膜滤格的实际生产能力、出水水质、完整性检测、现场服务等内容, 并将其作为当年分期付款的依据。

当实测值优于承诺值时, 该项得全部分数, 当其中有一项实际测试值没有达到承诺值要求, 即按照相应比例扣除实际测试值和承诺值之间差值的得分, 按照以下公式计算:质保金扣除值= (承诺值-实测值) / (承诺值-招标限制) ×权重占比× (年质保金/所供膜池格数) 。

进水为活性炭吸附池出水, 同时需考虑各种超越工况, 包括沉淀池出水、砂滤池出水直接进膜池。进水水温一般在7～35 ℃, 极端水温<7 ℃;运行成本、跨膜压差等投标方案计算中, 水温取15 ℃, 低水温期 (进水温度≤10 ℃) 30 d。砂滤池和炭滤池出水浊度≤1 NTU, 沉淀池出水浊度≤3 NTU, 极端情况下≤5 NTU。

膜堆物理清洗周期:≥45 min;膜堆1次物理清洗全程操作耗时:≤5 min;满负荷运行时允许同时处于未过滤膜堆的最大数量:4个膜堆物理清洗+2个膜堆化学清洗+2个膜堆停役;膜堆维护性化学清洗 (CEB) 周期:≥3 d;膜堆维护性化学清洗 (CEB) 历时:≤30 min;膜堆恢复性化学清洗 (CIP) 周期:≥120 d;膜堆恢复性化学清洗 (CIP) 历时:≤240 min。

自系统验收之日起, 第一年内膜系统运行平均跨膜压差不应大于5 m, 质保期内超滤膜系统运行最大跨膜压差不应大于12 m。质保期内在保证膜通量不变情况下, 跨膜压差值升高不应超过1倍 (较正常运行后1年内平均跨膜压差值) 或5 m。单个膜组件年断丝率小于1‰, 在整个生命周期中断丝率小于5‰。质保期内由于投标人产品质量造成膜通量减小5%, 投标人应当免费维修或更换。在质保期内每个膜组件的破损率超过5‰时, 由投标人负责免费找出并更换该膜组件。

(1) 市政给水厂超滤膜系统招标时的技术约定至关重要, 直接决定了投标报价, 影响了水厂今后的安全生产运行和运营成本。由于其专业性较强, 需要认真研究考虑。

(2) 近期3座50万m³/d以上规模水厂超滤膜系统的招标提供了较好的范例, 有柱状膜系统和浸没式膜组件的招标, 不同水厂根据自身需求提出了不同的技术要求。

(3) 以上招标的技术要求更多的是反映了使用方的要求和期许, 较少的考虑了制膜工艺和超滤膜本身的特性, 今后可根据实际运行情况来反馈前期约定的技术要求是否合理。