纳滤膜系统在地下水处理中的应用

李 秀 红

(山西省孝义市供水公司，山西 孝义 032300)

纳滤膜系统在地下水处理中的应用

李 秀 红

(山西省孝义市供水公司，山西 孝义 032300)

为提高饮用水水质标准，保证水质安全，结合六壁头水厂实际情况，针对硫酸盐、硬度高、处理水量大的实际情况，通过方案比选，采用一级两段式纳滤膜处理工艺，处理部分原水再与原水混合的方案，该系统运行情况良好，出水水质较好。

纳滤膜，地下水，工艺设计，出水水质

1 工程背景

随着经济的发展，社会的进步，人民生活水平的不断提高，国家针对饮用水水质标准和安全措施也进行了调整、完善。为适应新形势的要求，经多方论证，公司决定对六壁头水厂进行扩容提质改造，改扩建后水厂将采用先进的水处理工艺，对现有地下水进行处理，提高饮水水质让老百姓喝上健康、安全的优质饮用水。

通过此项工程一方面能解决饮用水水质问题，提高饮水品质；另一方面通过新增的膜法处理装置可以更好的面对水质恶化的突发情况，在应急状态下，可将城市供水全部用膜处理装置出水，以保证水质安全，可作为饮水安全的应急预案。

2 工程概况

2.1 工艺选择

1)脱盐工艺选择。

基于原水中硫酸盐、硬度、TDS指标较高，本系统需选用除硬度、硫酸根、TDS的脱盐工艺。

目前常用的脱盐技术主要有化学除盐(离子交换法)；热力除盐(蒸馏法)；膜分离技术除盐(纳滤法和反渗透法)。

通常，离子交换脱盐适宜的范围为含盐量小于200 mg/L，过高的含盐量将导致设备过大、再生频繁、劳动强度高、操作过于复杂、运行费用过高。同时离子交换不适用于生活饮用水的脱盐。热力除盐目前在国内很少应用于大型饮用水处理系统。

从20世纪80年代开始，膜法水处理在我国得到了广泛应用。针对本系统进水水质，反渗透和纳滤在土地使用、运行管理、环境影响、工程实施等方面基本相同。纳滤和反渗透方案的经济性指标差异主要由脱盐系统运行压力及回收率的不同等因素引起：运行压力不同，造成运行电耗差异；回收率不同造成的原水消耗量不同，导致运行成本差异；纳滤与反渗透膜装置、系统泵功率设计不同，造成投资差异。

纳滤方案与反渗透方案的投资基本相当，差别主要在运行成本、回收率等方面。

纳滤运行压力较低，其系统泵功率较反渗透低，电耗相应较低；纳滤仅对硫酸盐及硬度脱除率较高，系统浓水中含盐量相对较低，相应结垢趋势较弱，因而回收率较反渗透可适当提高。

综上所述，针对本系统进水水质、外输饮用水水质要求，并充分考虑经济性指标等因素，本系统脱盐工艺采用纳滤。

2)预处理工艺选择。

适宜的预处理工艺，可有效降低纳滤进水的SDI值、浊度等指标，从而减少纳滤系统的污堵、结垢和膜降解，提高系统效能，实现系统产水量、脱盐率和运行费用的最优化。

对原水进行预处理，主要为降低水中的悬浮物、胶体、有机物和浊度等杂质。一般采用过滤的手段。

针对本系统进水水质及水厂现状，采用袋式过滤器和二级精密过滤器作为纳滤的预处理工艺。

2.2 工艺流程

本系统水处理工艺为过滤+纳滤，原水处理规模850 m3/h，纳滤产水量594 m3/h。

原水取自原水收集池，经原水泵升压后，进入三级过滤器去除大部分悬浮物和胶体，再送入纳滤系统处理。经纳滤处理后的脱盐水，部分与剩余原水按一定比例进入勾兑水箱，消毒后加压外输至城南；部分脱盐水通过原输水管道重力自流至一水厂。工艺流程如图1所示。

2.3 工艺设计

本系统净水车间总占地1 800 m2，采用钢架结构，设计高度11 m，部分为2层。一层为生产区，二层为监控调度、化验室。

2.3.1 纳滤预处理系统

1)袋式过滤器。袋式过滤器具备构造合理、密封性好、流通能力强、操作简单等特点。

本工程采用四台(三用一备)DN800袋式过滤器，单台出水量284 m3/h，过滤精度为100 μm。

2)精密过滤器。精密过滤是介于砂滤(粗滤)与超滤之间的一种过滤，过滤精度一般在0.1 μm～120 μm范围。精密过滤器具有过滤精度高，滤芯孔径均匀、过滤阻力小，通量大，截污能力强，使用寿命长，耐酸、碱等化学溶剂，对过滤介质无污染等特点。

本工程采用二级精密过滤器。精密过滤器一采用四台(三用一备)DN1 000精密过滤器，单台出水量284 m3/h，过滤精度为5 μm。精密过滤器二采用三台DN1 000精密过滤器，单台出水量284 m3/h，过滤精度为1 μm。

2.3.2 纳滤装置

本系统采用全自动纳滤机组。包括系统泵、纳滤处理设备、加药设备、清洗设备、配套仪表、阀门、管道及本体支架。

1)纳滤处理设备。纳滤装置采用3套能单独运行和并联运行的纳滤处理设备，运行时通过后续的外供水量调节投运的套数。

单套纳滤处理设备产水量198 m3/h，单套设备包含36只膜壳，每支膜壳内安装6支膜元件，单套设备共216支膜元件，单只膜元件膜面积为37 m2。

系统采用一级二段式，一段浓水作为二段进水，二段浓水排放，各段产水收集使用。

2)加药设备。纳滤处理过程是一个脱盐、浓缩的过程，为了防止纳滤浓水侧特别是纳滤膜壳中的最后一、二根膜元件浓水侧出现无机盐类的结垢，从而影响纳滤膜的性能，在纳滤进水投加膜阻垢剂(浓度为3 ppm～5 ppm)，以减轻纳滤膜浓水侧的结垢趋势。同时原水中可能存在氧化剂对纳滤膜造成不可逆氧化破坏，原水进入纳滤系统之前投加还原剂，以消除氧化剂对纳滤膜的氧化破坏。

3)清洗设备。纳滤系统设置一套清洗系统，当核心纳滤膜元件受到污染后，可进行化学清洗。清洗设备包括过滤器、清洗泵、清洗箱及配套阀门、管道等附件。

纳滤设备运行一段后，由于有机物和无机物的污染致使膜被堵塞造成膜通量下降，这时必须清洗来保证膜的透水量。在同样产水量下，膜运行压力超过10%或同等压力下，产水量减少10%时进行化学清洗，膜的通量恢复较好，可保证恢复膜的原有产水量。

2.3.3 自动控制系统

本系统按流程可划分为三个单元，即过滤单元、纳滤单元和勾兑、消毒、外输单元。

本系统过程控制及检测点较多，为了保证产品质量和系统正常运行，本系统采用PLC监控系统，用以监视、控制、管理整个生产过程，并可实现手自动无扰切换。

系统采用PLC预置程序下的自动控制，完成各单元运行的检测、数据采集及控制功能，能够按流程完成系统的自动运行，并可在故障状态下自动协调前后流程的切换，保证后续流程的正常运行。

1)过程控制。本系统设置有液位仪表、压力仪表、流量仪表、ORP仪、电导率仪，能够在上位机实时记录系统的重要操作数据并监控装置的运行。

高压泵的进出口装有压力开关，当供水不足，水压过低，会自动发出停机信号，使水泵停止运行；当由于出口压力过高时，高压开关可自动切断高压泵的供电，保护系统不超压运行。

纳滤膜组入口装有电动慢开阀门，使膜元件逐步受压，防止水锤现象的发生，保护系统的安全。

2)液位仪表。液位仪表主要用于水池、水箱液位测量和传动设备连锁控制，加药液位控制和设备保护。

3)流量仪表。流量仪表主要用于纳滤设备产水、浓水、勾兑进水和外输。

4)压力仪表。压力仪表主要用于纳滤设备、水泵、过滤设备、外输。

5)ORP仪表。ORP仪表主要用于测量进纳滤设备原水的氧化还原电位。

6)电导率仪表。电导率仪表主要用于纳滤设备进水、产水，反映纳滤系统的运行状况。

3 运行效果

本系统在近几个月中，运行稳定，对硬度、硫酸盐的去除效果明显，实际条件下处理出水水质脱盐率达97%以上，出水水质达到工程设定目标，混合后出水总量2万m3/d。膜系统处理最大电耗约0.85 kWh/m3，处理成本较经济合理。纳滤设备进、产水水质及运行数据见表1，表2。

表1 纳滤设备进、产水水质

表2 纳滤设备运行数据

4 存在问题

本系统在试运行阶段，纳滤设备运行正常，但预处理系统中袋式过滤器产生污堵情况，滤袋清洗较频繁，特别是在调节水量启动深井时尤为明显。通过对进水水质和现有工艺设计分析，判断造成滤袋污堵的主要影响因素是由于新打井的水质不稳定、井水中含有一定数量细微泥沙造成的。根据后期水质变化及运行情况，考虑是否在袋式过滤器前增加有自动清洗功能的预处理装置(如叠片式过滤器)，有效保证后续袋式过滤器的稳定运行，减轻工人的劳动力。

5 结语

本系统投入使用后，市区的供水水质得到明显的改善提高。该系统具有占地少，工程实施容易，可作为水厂提升改造的优选方案之一。目前，纳滤膜技术已在水处理上得到广泛应用，但对于本水厂来说还是一个新工艺，需要不断总结，摸索运行经验，透彻了解系统原理，正确操作,延长纳滤膜的使用寿命，最大化地发挥本系统的使用价值。

Application of nanofiltration membrane system in groundwater treatment

Li Xiuhong

(ShanxiXiaoyiWaterSupplyCompany,Xiaoyi032300,China)

In order to improve drinking water quality criteria and guaranteeing water security, combining with Liubitou water plant conditions, in light of actual conditions of sulfate, high hardness and large amount of water, through schemes comparison, the article applies one-grade and two-section-style nanofiltration membrane processing technology, process partial original water and then mixes it with original water. As a result, the system operation conditions are good, and the effluent quality is better as well.

nanofiltration membrane, groundwater, technological design, effluent quality

2015-03-23

李秀红(1967- )，女，工程师

1009-6825(2015)16-0119-02

TU991.112

A