将超滤技术运用在城市饮用水行业, 利用超滤精确的物理筛分作用, 去除水中浊度、大分子有机物、两虫、细菌乃至病毒, 提高饮用水生物安全性, 是近年来净水技术发展的方向。随着我国饮用水标准不断提高, 20世纪80~90年代建成的水厂, 特别是某些位于中心城区的老水厂, 供水范围难以被新建水厂替代, 受周边条件限制, 厂区又无拓展空间新建净水设施, 而采用传统先拆后建的提标改造思路, 施工周期较长, 对水厂正常供水影响较大。

　　 近年来, 在工程设计实践中, 多次运用浸没式超滤膜对水厂净水工艺进行升级改造, 保留现状净水构筑物的主体结构, 进行局部改造, 安装浸没式超滤膜组件、设备及管路, 通过泵吸或利用现状水力高程差实现虹吸产水, 在提升水厂供水水质的同时, 提高供水水量。这种运用浸没式超滤膜将现状净水设施改造为超滤膜池的设计开拓了水厂改造的思路, 对今后类似老水厂提标改造有积极的借鉴意义。

　　 上海市徐泾水厂设计规模7万m³/d, 分两期建设, 一期规模3万m³/d, 二期规模4万m³/d, 每期均采用1座平流沉淀池和1座普通快滤池。水厂原取淀浦河水为水源水, 其中氨氮、有机物含量较高。为此, 水厂于2007年实施改造, 新建1座7万m³/d曝气生物滤池, 去除氨氮, 后续又将一期普通快滤池改造为活性炭吸附池, 新建曝气设施, 在原先4座清水池中的2座内安装潜水泵, 用于中间提升。一系列技改措施完成后, 徐泾水厂规模调整为4万m³/d, 净水工艺由原先的常规处理工艺延伸至涵盖生物预处理、常规处理、深度处理的全流程工艺, 出厂水水质大幅提升。随着徐泾地区供水量增长, 水厂4万m³/d的供水量日趋饱和, 急需恢复一期3万m³/d供水量。由于水厂一期砂滤池已改建为活性炭吸附池, 而水厂无拓展空间新建净水构筑物, 经方案论证, 拟将一期3万m³/d平流沉淀池改造为平流沉淀-浸没式超滤膜池, 同时增加粉末活性炭投加系统。整个改造工程于2011年3月开工, 7月建成通水。

　　 现状折板絮凝平流沉淀池, 絮凝时间15 min, 水平流速11.3mm/s, 沉淀时间90min。拆除沉淀池后部指型槽, 占用沉淀池1/3长度, 采用植筋方式, 新建进水渠、隔墙, 分隔出4格膜池和3格清洗池。单格膜池平面尺寸8.9m×3.8m, 每格膜池有效膜面积13 440m², 平均设计通量25.6L/ (m²·h) 。清洗池用于膜组件离线化学清洗, 由碱洗池、漂洗池和酸洗池组成, 单格平面尺寸8.9 m×1 m, 水深3.2m, 可容纳2组膜组件同时清洗。

　　 利用现状沉淀池和排水池之间6.5m区域新建膜池辅助车间, 分为设备间、出水渠和化学清洗废液中和池3部分。设备间布置抽吸 (冲洗) 泵、清洗循环泵;中和池池顶布置真空引水系统、各类加药泵和药剂储灌。

　　 膜池利用原净水工艺水力高程差, 采用虹吸方式产水, 考虑到冬季达产条件下, 水温较低、粘度上升, 引起跨膜压差升高的情况, 单格膜池亦配备1台凸轮转子泵, 变频, 正转时作为抽吸泵使用。

　　 膜池冲洗采用定时气冲、水冲+维护性清洗+离线恢复性清洗方式。气冲, 来自安装在曝气生物滤池管廊内的2台罗茨鼓风机;水冲, 通过每格膜池对应的凸轮转子泵, 反转作为冲洗泵使用;维护性清洗采用药剂反洗加入的方式;恢复性清洗采用设在设备间的一台凸轮转子泵作为清洗循环泵, 正转时通过变频控制与各种药剂对应的隔膜计量泵配合, 进行加注点在线稀释或向漂洗池注水;反转时为清洗池中膜组件循环清洗或排空。超滤膜池布置见图1和图2。

　　 一期改造工程建成后, 平流沉淀池的停留时间由90min缩短至60min, 进入膜池的进水浊度在3NTU左右, 出水浊度控制在0.05~0.1NTU。一期净水工艺经历了夏季供水高峰的达产考验和冬季低温跨膜压差较高的情况, 始终保持虹吸产水, 节约了水厂运行能耗。

　　 一期净水采用生物预处理+粉末活性炭投加+平流沉淀+浸没式超滤膜工艺, 二期净水采用生物预处理+平流沉淀+曝气+活性炭吸附+砂滤工艺, 对两者出水水质进行比较, 在浊度、氯耗等指标上一期工艺明显优于二期工艺, 在有机物指标上两者相当。

　　 随着青草沙水源地工程及配套原水支线工程的建成, 徐泾水厂告别了淀浦河微污染水源, 采用长江水库水后, 原水氨氮、有机物、浊度等指标大幅降低, 一期平流沉淀+浸没式超滤工艺适应原水水质变换更灵活, 优势也更显著。

　　 宁波市江东水厂位于中心城区, 始建于1956年, 初期供水规模7 000m³/d, 经过1987年一期10万m³/d, 1992年二期10万m³/d, 1997年三期15万m³/d扩建, 供水能力扩大至35万m³/d, 水源水也由原先的就地河网水, 更换为引自白溪水库的I类原水。近年来, 随着50万m³/d东钱湖水厂、50万m³/d毛家坪水厂以及配套的城市供水环网相继建成, 江东水厂供水范围逐步减小, 供水量压缩至20万m³/d, 并趋于稳定。

　　 水厂现状各期均采用虹吸滤池过滤, 受池体构造限制, 滤池存在截污能力弱、冲洗较频繁且不彻底, 导致出水浊度偏高等问题。为提高供水水质, 曾考虑拆除二期、三期虹吸滤池, 新建2座10万m³/d V型滤池, 但新建滤池的水头损失与原虹吸滤池比较, 增加较多, 造成现状清水池运行水位降低, 库容减小, 影响二级泵房自灌启泵。此外拆除新建方案还存在施工过程中对周边环境影响大等问题。经方案比较和中试验证, 拟采用保留二期、三期平流沉淀池, 将二期2座5万m³/d虹吸滤池改造为20万m³/d浸没式超滤膜池, 并新建膜池附属设施的方案。改造期间, 水厂由三期工艺对外供水, 改造完成后进行系统切换, 三期滤池停用。整个净水工艺改造于2014年11月开工, 2015年1月建成通水。

　　 现状二期2座虹吸滤池, 单座12格, 规模5万m³/d, 单格平面尺寸4.75m×5.995m, 双排布置, 每3格为1组过滤单元, 每组单元底部连通。2座滤池净距5.8 m, 南、北两侧均有约10m绿化带, 东、西两侧分别有约3.5m和约8.5m绿化带, 可供滤池改造拓展使用。

　　 拆除虹吸滤池进水、出水渠;将各格滤池连通部分封堵, 拆除现状滤头、滤板, 加固池壁;拆除滤池排水渠, 通过植筋方式再造膜池进水渠和进水端池壁。

　　 改造后的两座浸没式超滤膜池共24格, 单格平面尺寸4.45m×5.645m, 单格膜池有效膜面积12 474m², 平均设计通量33.7L/ (m²·h) 。新建1座钢结构厂房, 平面尺寸41.94m×50.84m, 将2座膜池置于其中, 形成1座20万m³/d超滤膜车间。

　　 在超滤膜车间西侧新建1座膜池辅助车间, 平面尺寸30.54m×7.94m, 安装气冲鼓风机、化学清洗药剂储罐及加注用隔膜计量泵。膜池产水采用泵吸方式, 每格膜池设1台单级单吸变频离心泵。膜池冲洗采用定时气冲、水冲+维护性清洗+在线恢复性清洗方式。气冲, 采用4台罗茨鼓风机, 变频, 2用2备;水冲, 为安装在现状二级泵房内的3台单级单吸离心泵变频, 2用1备;维护性清洗采用药剂反洗加入的方式;恢复性清洗采用设在超滤膜车间西侧的2台凸轮转子泵, 正转时通过变频控制与各种药剂对应的隔膜计量泵配合, 进行加注点在线稀释及循环清洗, 反转时将清洗废水排至室外中和水池进行处理。超滤膜车间布置见图3和图4。

　　 江东水厂超滤膜净水工艺经过半年多达产运行, 出水水质稳定, 滤后水浊度稳定在0.06~0.08NTU, 出厂水浊度在0.1 NTU左右, 氯耗与改造前相比大幅度降低。

　　 河北某地表水厂, 规模20万m³/d, 分两期建设。一期规模10万m³/d, 采用双阀滤池过滤;二期规模10万m³/d, 采用气水反冲洗过滤;一期、二期滤池均设在室内。由于受双阀滤池构造限制, 一期滤池出水浊度、冲洗频率和水耗等均高于二期滤池。随着区域集约化供水的推进, 要求逐步关闭水厂供水范围内的地下深井, 同时水厂规模要求达到22.5万m³/d。而水厂目前过滤工艺已无潜力可挖, 为此拟将一期双阀滤池改造为浸没式超滤膜池, 在提高出水水质的同时, 将一期产水量提高至12.5万m³/d。

　　 一期双阀滤池12格, 单排布置, 单格平面尺寸5.7m×12m, 每6格滤池为一组, 组与组之间设有设备间、配电间及仓库等辅助设施。拆除双阀滤池虹吸进水管、排水管、滤砖、洗砂排水槽;对单格滤池池壁进行加固, 并降低现状中央排水渠高度;拆除滤池管廊出水渠、排水渠和管路, 通过植筋方式再造膜池进水渠。改造后1座浸没式超滤膜池共12格, 单格平面尺寸5.53m×10.88m, 安装膜组件, 单格膜池有效膜面积20 250m², 平均设计通量23.6L/ (m²·h) 。改造后的超滤膜池利用现状水力高程差, 采用虹吸方式产水。拟利用膜池上游沉淀池超高, 提高运行水位, 适当降低清水池最高运行水位, 以增加膜池过滤水头。

　　 膜池冲洗采用定时气冲、水冲+维护性清洗+在线恢复性清洗方式。利用滤池现有设备间、仓库等辅助用房布置气冲鼓风机、冲洗泵、药洗储罐、隔膜计量泵、化学清洗泵、空压机等设备。双阀滤池改造为浸没式膜滤池方案布置见图5和图6。

　　 将现状净水构筑物, 如沉淀池等改造为浸没式超滤膜池, 可最大限度提高供水水质水量, 缩短施工周期。在改造前首先应判断拟改造构筑物的深度是否满足膜组件的安装高度要求;其次应根据膜池构造情况大体判断现状构筑物在改造过程中需保留、拆除、植筋新建的部分, 并根据池体混凝土强度判断是否需要进行加固处理;再次应结合水厂现状水力高差和通过适当调整上、下游运行水位可能获得的最大高差, 优先考虑膜池虹吸产水的可行性;最后应认真对超滤膜中试数据, 特别是最冷月、最不利情况的数据进行分析研究, 选取合理的设计通量和安全的跨膜压差, 作为膜池进一步设计的重要依据。