自来水厂的净水设计和设备运行实例

水资源的紧缺，供水标准的提高，水源地的污染，传统的沉淀、过滤、消毒工艺已经不能提供安全、优质的饮用水。膜技术是一种严格的物理和绝对的分离技术，合理的搭配能分离几乎所有水体中的有毒有害物质，提供以前饮用水处理工艺和设施从未达到的水质和可靠的保证。
中队地处偏僻乡村，不具备接市政供水条件，现采用自建的水厂抽水供水。水源为沙埔河地表水，发源于柳州某地，是柳江的左侧一级支流。该地域气候温和，雨量充沛，年平均降雨量为1560mm，主要集中在4-9月份，暴雨出现在5-8月份居多。
中队水厂于2008年9月兴建，2008年5月投入使用，配有一级泵房、二级泵房、反应沉淀池、过滤池、清水池。依靠传统的沉淀池沉淀、过滤池过滤方式进行水质净化，日最大沉淀过滤量为600吨，日供水量达800吨。
1水质分析
1）源水水质资料：微生物超标、感官性状超标。
送样时间20150727，只列出不合格项或达到极限值的数据（过滤前）单位没有提供，参考赣州96162部队。

序号	项目	单位	限值	监测结果
1	浑浊度	度	≤1	10.28
2	肉眼可见物		不得含有	泥沙颗粒物
3	铁	mg/L	≤0.5	0.637
4	菌落总数	CFU/ml	≤100	260
5	总大肠杆菌群	mpu/100ml	不得检出	＞1500
6	耐热大肠菌	mpu/100ml	不得检出	＞1400

    自备井水质报告检测报告：送样时间20150311，只列出不合格项或达到极限值的数据。

序号	项目	单位	限值	监测结果
1	菌落总数	CFU/ml	≤100	360
2	总大肠杆菌群	mpu/100ml	不得检出	7

2 工程设计
2.1 需解决的问题
根据源水水质，对照现行的生活饮用水水质标准，制水工艺主要解决以下问题：
（1）降低源水中有机物的含量。
（2）降低氯化物的含量和溶解性固体。
（3）降低色度和浊度。
（4）系统本身不产生有毒有害物质。
2.2 工艺选择
通过分析源水水质，采用超滤（UF）和纳滤（NF）为核心工艺，辅以沉淀、过滤等膜前处理工艺制水。源水泵入厂内，投加絮凝剂后，机械絮凝池、斜管沉淀池，上清液经滤池过滤后作为膜处理的进水，沉淀底泥进入污泥处理系统。滤后水投加杀菌剂杀菌后进入超滤系统，超滤的产水进入纳滤脱盐系统。纳滤产水与部分未脱盐水勾兑，产品水在消毒后外输管网。总工艺流程图如下： 3主要设计参数 
3.1 膜前处理
由于膜处理对进水要求较高，膜前处理主要是对源水进行预处理，达到膜进水的要求。主要构筑物如表2所示。
膜前处理主要构筑物        表2

名  称	尺 寸（m）	数   量
平流沉淀池	100×16×3.7	1
气水反冲洗滤池	13×8.5×4.3	4

在膜前处理系统中还包含氧化剂投加系统和絮凝剂投加系统。
3.2 膜处理系统
膜处理系统包含UF和NF两个子系统，UF系统的主要作用是去除水体中的高分子有机物、菌类、微粒和絮凝剂的胶体。同时，在本项目中为NF提供优质的进水，增加NF膜元件的通量、降低运行压力、同时减少NF膜污堵的可能性，延长化学清洗的间隔，进而延长NF膜的使用寿命，降低运行成本。NF系统主要是针对源水中氯化物超标设置，起到降低水中氯化物含量和总溶解性固体的目的。主要的设计参数如表3。
膜系统设计参数                表3

UF主要设计参数		NF主要设计参数
项目	参数值	项目	参数值
膜元件型号	HUF-200	膜元件型号	HNF90-8040
膜通量	60GFD	膜通量	8500GPD
过滤方式	错流过滤	单支膜产水量	36 m3/d
单支膜产水量	8.3m3/h	单支膜脱盐率	98%
单套膜数量	40	单套膜数量	288
单套产水能力	280 m3/h	单套产水能力	210 m3/h
系统回收率	92%	系统回收率	75%
总产水能力	30000 m3/d	总产水能力	20000m3/d

UF系统还包含杀菌剂添加系统、反洗系统、化学清洗系统等辅助系统。
NF系统还包含，阻垢剂添加系统、还原剂添加系统、化学清洗系统等辅助系统。
4 调试与运行
4.1调试
膜系统是整个工艺的核心，在调试过程中先进行膜前处理系统调试。首先，进行整个工艺流程的消毒工作，然后对滤池滤料进行清洗待用。在准备工作结束后进料调试，投药使平流沉淀池的出水浊度小于3NTU，经滤池过滤后，调整滤后水浊度小于1NTU后，进行膜系统的调试。
膜系统装置为全自动运行，对自动化控制程度要求高，同时对管道的洁净度要求高。在进料前要清洗管道，保证管道中所有杂质和污物都清洗干净，不残留任何固体颗粒物质和微生物；同时，应进行控制系统的空载运行，保证各输入/出点正常、连锁正确有效。检查无误后进料调试，调节各工艺控制点，使之达到额定的流量、压力。同时，检测UF产水的SDI值NF产水的电导率。稳定后即可投入运行。最后按照现行的生活饮用水水质标准调整勾兑比例。本厂NF产水与非NF产水比例为1：1。出水水质指标见表4。
出厂水水质表             表4

序号	项目	单位	限值	监测结果
1	浑浊度	度	≤1	0.0015
2	肉眼可见物		不得含有	无
3	铁	mg/L	≤0.5	0.259
4	菌落总数	CFU/ml	≤100	55
5	总大肠杆菌群	mpu/100ml	不得检出	无
6	耐热大肠菌	mpu/100ml	不得检出	无

4.2 运行
经过一年的运行，整个系统运转正常，出水稳定。以下问题在生产过程中应加以注意。
（1）水温对膜通量的影响较大，做好流量、压力的记录，及时分析、随时调整。
（2）膜系统要防止微生物的污染，UF要根据季节调整杀菌剂的投加量和反洗频率。
（3）NF系统要监控ORP值，防止膜材料氧化。
（4）根据系统的流量、压力的变化，及时做好化学清洗工作。
（5）由于膜系统是自动化运行，各种连锁、保护较多，应做好仪表的校验和程序的维护工作。
5 经济技术分析
膜系统投资分析见表5。
膜系统投资分析表            表5

序号	项目	费用（万元）
1	设备投资
1.1	UF系统	1200
1.2	NF系统	1200
2.	土建配套
2.1	厂房	150
2.2	水池	45
	合计	2595

吨水投资：UF系统400元/吨·天，NF系统600元/吨·天。
运行费用估算见表6，其中系统定员4人，年工资福利20000元，设备折旧按12年计，维修费用按照折旧的10%计，膜更换年限按3年计，电费按0.65元/千瓦时计，药剂价格按照现行市场价计入。
运行费用估算表        表6

序号	项目	费用（元/吨）
1	人工费	0.01
2	设备折旧	0.17
3	膜更换	0.40
4	设备维修	0.02
5	药计费	0.20
6	电费	0.65
7	合计	1.45

6 结论
UF+NF作为处理微生物超标、感官性状超标的微污染水的深度处理是可行的，能得到更为安全、卫生的饮用水。且膜工艺自动化程度高，便于管理。但是投资较大，运行成本比常规处理手段要高出1元左右，在经济欠发达地区负担较重。
本工程采用的是进口膜元件，价格较高。随着膜元件的国产化，投资和运行成本将会大幅下降。