（环境工程专业论文）连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究.pdf

连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 t he s t u d y on t he t e ch nol ogy of mi cf i l t r a t i on ap p l y f or r e u s e of s e wage ab str act t h i s a rt i c l e b a s e d o n t h e f u r t h e r r e s e a r c h o f c o n t i n o u s f i l t e r f i l m e q u i p m e n t a p p l y i n g in t h e p r o d u c t i o n o f r e c y c l i n g w a t e r , t o r e g a r d t i z h u a n g z i r e c y c l i n g w a t e r p l a n t as t h e e x p e r i m e n t b a s e ,r e s e r a r c h e s t h e f o l l o w i n g a s p e c t s . t o a n a l y s e a n d s t u d y t h e t e c h n o l o g y o f u s i n g h o l l o w f i b r e m e m b r a n e s fi l t e r e q u i p m e n t a n d fi lt e r m e c h a n i s m， t h e c h e c k m e t h o d t o t h e e q u i p m e n t b r e a k d o w n , s u m m e r a i z e t h e c o m m o n b r e a k d o w n a n d s e tt l e m e n t m e t h o d s a c c o r d in g t o t h e p r a c t i c e e x p e r i e n c e ; . t o t e s t a n d c o m p a r e t h e w a t e r q u l i ty d i s p o s e d a d o p t i n g f i lt e r s y s t e m u n d e r t h e c o n d i t i o n o f t h e s e c o n d o u t w a t e r fr o m s e w a g e w a t e r p l a n t ; . t o a n a l y s e t h e w a t e r p r o d u c t i o n r a t i o a n d o p e r a t i o n c o n d i t i o n o f m e m b r a n e s e q u i p m e n t a c c o r d i n g t o t h e o u t p u t , b a c k w as h t i m e e t c , a n d o p t im z e a n d i m p r o v e t h e t e c h n o l o g y o p e r a t i o n p a r a m e t e r ; . t o a n a l y s e t h e i n t e r m e c h a n i s m o f c h e m i c a l c l e a n , a n d m a k e t h e a n a l y z e t o t h e c h e m i c a l c le a n c y c l e , c l e a n l i q u i d m e d i c i n e c h o o s e , a n d c l e a n r e s u l t . s u m m a r i z e t h e c l e a n e f f i c ie n c y , a n d g u i d e e a c h c l e a n p r o c e s s ,c o n f i r m r e s o n a b l e c h e m i c a l c l e a n c y c le ; . t o d i s c u s s t h e fi l t e r m e m b r a n e s g as b a c k w as h u s i n g u v 2 5 4 , a n d g e t r i d o f h u m u s o r g a n i c u s i n g c i p t e c h n o l o g y ; . t o a n a l y s e t h e e q u i p m e n t c o n d it i o n o f c o n t i o n u s f i lt e r m e m b r a n e s o p e r a t e d a f t e r t h r e e y e a r s ; . t o a n a l y s e c m f s y s e t e m o p e r a t i o n c o s t o n t h e p o i n t o f v i e w fr o m p o w e r - c o n s u m p t i o n , m e d i c a l c o n s u m p t i o n , w a t e r - p r o d u c t i o n e t c . k e y w o r d s : f i l t e r m e m b r a n e s r e c a i m e d w a t e r c h e m i c a l c l e a n 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全 了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下 各项内容:按照学校要求提交学位论文的印 刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印 刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以 及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印 件和电 子版; 在不以 赢利为目的的前 提下，学校一可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名: 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名: 学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内部5年 ( 最匕5 年，可少于 5年) 秘密1 0 年 ( 最长 1 0 年，可少于 1 0 年) 机密*2 0 年 ( 最 长2 0 年，可少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师指导下， 进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含 任何他人创作的、己公开发表或者没有公开发表的作品的内容。 对本论文所涉 及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学 位论文原创性声明的法律责任由 本人承担。 学位论文作者签名: 年月日 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 第一章、引言 1 . 1课题研究背景 水，是生命的源泉，是人类赖以生存和发展的前提条件，也是国民经济和 社会发展不可替代的资源。我国是世界上1 3 个贫水国之一， 人均水资源量仅仅 为世界 平均水平的1 / 4 ， 而且时间 空间分布不均， 海河、 淮河、 辽河和黄河四 个流域的人均水资源量仅占 全国平均水平的1 / 5 ，全国6 0 0 多个城市目 前大约 有一半的城市缺水， 我国万元国内生产总值工业废水排放量4 7 . 7 吨，是发达国 家的2 - 3 倍， 城市工业用水重复利用率不足5 0 % ， 远低于发达国家水平。同时， 水污染使缺水形势显得更为严峻，约有 1/3的城市成为水质型缺水的城市。 在 “ 国民 经济和社会发展第是个五年计划纲要” 中， 将搞好污水处理回用明 确 写入纲要。纲要中规定:重视水资源的可持续利用，坚持开展水源工程。 水在 自 然界中是唯一不可替代，也是唯一可以再生的资源。人类使用过的水，污染 杂质只占 0 . 1 % 左右，比海水 3 . 5 %少的多。污水经过适当的再生处理，可以重 复利用，实现水在自 然界中的良 性循环。城市污水就近可得，易于收集，易于 处理，水质水量相对稳定。作为城市的第二水源要比海水、雨水来得实际，比 长距离引水成本低。另一方面，城市作为一个特殊的 “ 人类社会系统” ，从 “ 清 洁生产”的角度看，污水再生利用是防治污染及可持续发展的一个重要举措， 污水处理和再生水的利用是水资源良 性循环的重要保证。因此，开辟这种非传 统水源，实现污水资源化，对保障城市安全供水具有重要意义。 天津，历史上曾有 “ 九河下梢” 之称，水资源比较丰富。然而，随着历史 的发展和变迁，由于多方面的原因，如今的天津却变成了一座水资源严重匾乏 的 城市， 全市人均水资源占 有量仅1 6 0 扩 ， 为全国 人均占 有量的1 / 1 5 ， 世界人均 占有量的1 / 6 0 ， 远远低于世界公认的人均占有量1 0 0 0 m 的缺水警戒线。 水资源 的短缺，严重制约着天津市社会经济的可持续发展。因此，建立节水型城市、 采用多种水资源利用势在必行。 为了解决缺水问题，天津市在开源节流方面开展了卓有成效的工作。天津 市委、市政府对城市污水资源化工作给予高度重视，曾多次到现场调研、视察 并做出指示。为贯彻落实市委、市政府指示精神，本着 “ 城市污水资源化、再 生水利用产业化” 的发展思路， 于2 0 0 2 年5 月开工建设国家污水回用试点项目一 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 一纪庄子再生回用工程。纪庄子再生水厂在 2 0 0 2年 1 2月面向居住区试供水， 2 0 0 3 年1 0 月份起实现对工业区试供水， 总服务面积2 4 5 0公顷， 服务人口1 5 . 8 万人。回用工程竣工并投入使用，标志着天津市再生水回用开始进入实质性的 应用阶段。 1 . 2课题的目的和意义 纪庄子再生水厂是国家污水回用的试点工程，分为日 产 2 0 0 0 0吨的生活区 处理系统和日 产 3 0 0 0 0吨的工业区处理系统，生产的再生水大规模应用于居民 冲厕、景观用水和工业冷却水等方面，成为城市供水的可靠替代水之一，为天 津市解决缺水问题开创了良 好的局面，做为试点项目 也为全国其它类似的城市 提供了经验。 再生水厂生活区工艺流程如下: 进水从进水泵池提升到混合反应沉淀池， 进 行絮凝沉淀和前加氯，然后经膜分离系统过滤，再加臭氧和后加氯，制成成品 再生水。 大部分悬浮性固 体、 浊度、 细菌和病毒的去除都是c m f 系统完成的，c m f 是水厂处理工艺的核心处理设备. 膜处理工艺流程简图 膜工艺与传统工艺相比有着较多的特点， 膜过滤有着对原水适应性强， 出水 稳定可靠、 ，自 动化程度高等诸多优点。 尤其是在可靠性和过滤精度上c m f 工艺 具有传统过滤方式所不能比拟的良好表现。 连续微滤技术用于万吨级城市污水问用处理的研究 纪庄子再生水厂工艺在膜设备前加入了混凝沉淀做为预处理，而国外 c m f 系统的进水均采用污水处理厂的出水，因此设备原有工艺参数并不完全适应现 有工况，在选取合理参数、降低运行成本和延长设备使用寿命等方面还需要进 行深入的研究和探索。 本课题主要的意义包括以下几点: 命 连续微过滤膜系统 ( c m f )是纪庄子再生水厂处理工艺中重要的核心，膜系 统的正常运行，是再生水的水质达标和连续供给的基本保障。 掌握并消化吸收膜设备的技术特点至关重要。 通过参数的合理化降低运行成本、延长使用寿命。 所积累的大量经验，为今后再生水行业膜工艺设计和膜设备选型提供了依 据。 令今令 1 . 3课题主要内容 命 连续微过滤膜设备技术特点研究。 本着消化吸收进口 设备的目的， 研究设备资料， 通过大量的实践生产活动， 对膜分离技术和设备进行充分的消化吸收。 令 通过工艺数据的汇总分析，针对重要工艺参数进行合理化研究。 选取重要的工艺参数， 采用多种试验方法， 分析相关影响因素， 从而改进和 优化原有工艺参数。 令 连续微过滤膜系统的成本构成分析。 通过实践运行的报表和计量仪表， 初步掌握了各重要工序的组成， 进而分析 整个连续微虑膜系统的成本构成。 令 连续微过滤膜运行四年后设备状态的分析。 从出水水质、 化学清洗通量恢复程度、 气体反洗强度是否达到要求， 三个方 面评价膜近期的状态，并对膜设备的寿命进行预估。 令 连续微过滤膜所出 现故障及处理情况分析 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 1 . 4课题实施方案 + 2 0 0 6 年1 月， 课题启动阶段， 编制开题报告。 令 2 0 0 6 年2 月 一2 0 0 6 年8 月， 课题准备阶段， 调校工作状态较差的阀门， 校 正所有在线仪表;查阅文献资料; 令 2 0 0 6 年9 月 一2 0 0 6 年8 月， 工艺试验阶段， 调整不同 工艺参数， 包括过膜 流量、 反洗周期和化学清洗周期等， 得出一系列不同运行状态下的试验数据。 4 2 0 0 6 年8 月一1 0 月，试验结果分析阶段， 将前一阶段的试验数据进行汇总 整理， 需要补充的数据及时在水厂运行中加以调整补充， 计算不同运行工况 下的经济技术指标。 + 2 0 0 6 年1 1 月 2 0 0 7 年3 月， 论文报告编写阶段. 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 第二章、连续微过滤膜 ( c m f )设备的消化吸收 2 . 1 膜技术理论基础 膜分离现象在自 然界， 尤其是在生物界普遍存在， 早在2 5 0 多年前就有人进 行了 揭示， 但是长期以 来并未受到人们应有的重视。 直到2 0 世纪3 0 年代，由 于过滤微生物和其它微小颗粒的需要，德国建立了世界上首座生产微滤膜的工 厂，这说明膜的工业化应用比 较早，膜过滤还是一种新兴的过滤技术。 膜分离 技术是具有能耗低、单级分离率高、过程简单、水质稳定、不改变溶液的 物理 化学性质、不污染环境的特点。膜分离是指用特殊的薄膜对液体 ( 或气体)中 的成分进行选择性分离的技术，膜分离物质必须要有能量作为推动力，根据所 给能量大小、 形式的不同膜分离技术主要有: 微滤( m f ) 、 超滤( u f ) 、 纳滤( n f ) , 反渗透 ( r o ) 。他们所能截留的物质分子量依次减小， r o可以阻止大部分金属 粒子通过; o f 可过滤分子量较大的 有机分子; m p 能过滤部分病毒和全部的细菌、 藻类。三者的操作压力依次增大， r o 膜需要 1 m p a以上压差; o f 介于r o 与m f 之间; m f 采用最大不超过1 0 0 k p a 的 操作压力; n f 膜利用表面带有电荷的 特性， 能够去除水中的重金属离子。r 0 , m f是膜技术里应用最为广泛的两种形式，已 被应用于海水淡化及废水处理上超过2 0 年。 微滤膜过滤两个最重要的指标是膜污染和膜通量。 膜污染是指处理物料所含 的微粒，胶体粒子由于与膜存在物理化学的作用或机械作用而引起的在膜表面 或膜孔内的吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生通量和分离特性的不 可逆变化的现象。对于膜污染，应当说，一旦物料与膜接触，膜污染就开始了， 也就是说，由于溶质与膜之间相互作用而产生吸附开始改变膜的特性。微滤膜 在这方面表现为溶质粒子的聚集和堵孔现象。另外，操作开始后，由于浓差极 化产生，溶质在膜表面超过溶质饱和溶解度，便有凝胶层形成，使膜通量不再 依赖于所施加的操作压力，引起膜通量的急剧下降。 膜通量是不同膜本身固有 的性质，是反映膜透水性的重要参数，但在操作过程中会因为膜污染而不断降 低.微滤膜在实际应用过程中的关键就是怎样控制膜通量的衰减速度即如 何有效控制膜污染。 膜污染与膜通量的数学关系可以表示为: 连续微滤技术用于万吨级城市污水问用处理的研究 j乙p / u ( r m 喝， + r f ) n 为溶液勃度;r m是膜阻力;r b , 是浓差极化的 边界层阻力:r f 的阻力; op 是两侧压差:透水量与膜两侧压力差成正比与总阻力成反比 1 才 是污染产生 序号序号 1 j t = j , x t b 2j t = j o x e b t 3j = j o x r b 4 介e 3 x r b 5j t = a + b e b t 6 (j o - j t ) ( 1 - e u ) j 为时间t 时溶剂透过率;v 透过液体积;下标。 和1 表示时间，分钟; b 、 a , b , r 为各自 方程的常数。 由公式1 可知，纯水测透水率时r b ， 及r f 为0 则有: j o = ap / ! 1 r z ,x 膜运行污染后测纯水透水率时r b , 为0 透水率j 为: j = ap / n ( r m + r f ) 3 才 假设u 在测试中不变 凡、几二 凡把2 式除以3 式得: j尤=兄，彩 /r , r f =几 ( 几一 /刀 m = 加一 /j 把m 定义为膜阻力增大系数， 。 是个无量纲量， m 越大表示透过量衰减越大。 r f为阻力系数，r f =4 p / 11 ( 1 / j - 1 / j o ) ，是一个有量纲的值，与溶液a度 有关。 2 . 2 连续微滤膜设备的系统描述 m e m e o r连续微过滤膜 ( c m f )单元可连续进行精度为 0 . 2 11 m的过滤，生产 出高质量的滤水，对过滤截留粒子进行浓缩处理并排放。微滤膜柱的直径为 1 2 0 m m ，高度为1 , 5 0 0 m m ，内 装的中空纤维外径5 5 0 p m ，内径为3 0 0 p m ， 膜表面 积为1 5 m , 2 0 时单根微过滤膜柱通量为1 . 2 6 m / h . c m f 系统由p l c自 动控制， 分为两列，每列五台。运行时，原水从中空纤维膜外侧向内 渗透。正常工作压 力较低， 一般为3 0 至1 0 0 k p a ， 最高 达到2 0 0 k p a 。 一般1 8 至4 0 m i n 用压缩空气 反冲一次， 反冲时， 压缩空气由中空纤维膜内侧吹向膜外， 反冲压力为6 0 0 k p a , 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的 研究 时间1 -2 m i n 。 当进水水质不稳定， 膜污染超过其极限时也会强制反洗，以保护 膜的寿命。 反冲洗水量为进水量的8 % 至1 0 %。当 过膜压力达到1 0 0 k p a ， 需要 进行化学清洗。对于将二级出水作为原水的连续微过滤膜 ( c m f ) 系统， 一般工 作 1 4 -3 0天，化学清洗一次。膜的正常寿命为五年，设计吨水电耗约为0 . 2 2 5 度。连续微滤膜系统由 七个部分组成: 4 连续微过滤膜 ( c m f )进流系统 进水首先经过自 动粗滤器， 它可将大于5 0 0 u m 的物质截留。自 动粗滤器一 般采用时间 控制清洗，高压差时也可自 动清洗， 每列连续微过滤膜设备 ( c m f ) 配有一台自 动粗滤器和一台备用手动的粗滤器。连续微过滤膜 ( c m f )的进水设 有不同类型的水质检测仪表，以 监控系统运行、 及时提供报警信息。如总氯和 自由氯变送器安装在连续微过滤膜 ( c m f )设备取水口处，能感应到水中的自由 氯超标，并发出报警;氧化还原电位变送器，监控水体中金属离子的氧化性， 在超过标准时发出报警。 4 连续微过滤膜 ( c m f )设备本体 连续微过滤膜 ( c m f ) 系统由1 0 台1 o 8 m 1 0 c 的c m f 单元组成， 其中1 0 8 m 1 0 c 单元包含 1 0 8根子模块，每个子模块的膜表面积为 1 5 矿 ，由两万根中空纤维组 成。子模块并排放置，形成一个阵列，进流、滤液和反洗资源均通过管路连接 到阵列.在阵列进流和滤液管路上分别设置压力传感器，通过测量压差得出过 膜压力 ( t m p ) ，并根据其它仪表数据算出过滤阻力。 令 连续微过滤膜 ( c m f )单元控制系统 每台连续微过滤膜( c m f ) 单元均配有自 身的电动及气动控制盘， 安装于c m f 单元的支架上。 每个电 动控制盘包含一个 a l l e n - b r a d l e y s l c 5 0 0 系列的可编 程逻辑控制器 ( p l c ) ， 它会在主 p l c的指示下进行该台单元的运作控制，电控 制盘安装有状况指示灯用以显示单元运行状态。 此控制盘还直接与 c m f单元的 仪表连接。该电 控制盘无操作控制功能。所有操作 控制功能只可通过 s c a d a系 统，经主p l c 发送至c m f 单元p l c 实现。在主p l c 的控制下， 每台c m f 单元的 p l c 均属于子p l c 。当c m f 单元要求反洗或化学清洗 ( c i p ) 时，必需得到主p l c 准许及分配适当资源方可进行。 c m f单元p l c以高速数据网络 ( d h + )与主p l c 联系。 气动控制盘设于电动控制盘的一侧，并设置控制 c m f单元所使用的气动 阀的电磁阀。此控制盘还包含 c m f单元的低压气体 ( l p )调节器，数据收集端 口以及用作工艺监测和维护的m e m l o g 模块。 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的 研究 令 反洗系统 反洗系统包括连续微过滤膜( c m f ) 反洗储罐， 连接管道与仪表。反洗时，会 产生一股压缩空气和水的脉冲，为了让 c m f单元的反洗废水的排放压力的尽可 能低，反洗管道废水排放与一个反洗废液储罐相连，脉冲在储罐内离心分离， 空气由上部排气管道排往室外，水则通过排空管道排走。当储罐液位过高时， 单元的反洗要求将暂时被排入反洗队列，当液位正常时再依次进行反洗。 令 压缩空气系统 压缩空气系统包含空气压缩机、 油过滤器、 空气过滤器、 压缩空气储罐、 总 气动设备控制盘、连接管道和仪表。连续微过滤膜(of ) 压缩空气系统，提供的 气体主要供给气体反洗、c m f 气动阀门动作和压降测试等其他用途。 令 连续微过滤膜 ( c m f )化学清洗 ( c i p )系统 连续微过滤膜(of ) 化学清洗( c i p ) 系统包含c i p 酸储罐 ( 含加热器) 、 c i p 碱储罐 ( 含加热器) 、c i p 酸泵、c i p 碱泵、m e m c l e a n c 传送泵、酸传送泵、碱 传送泵及相关储槽、反渗透 ( r o ) 单元、 r o清水储槽、连接管道及仪表。为保 证系统正常运转，定期清洗是必要的。清洗主要是去除单靠反洗工艺不能完全 除去的污染物。c i p( 即酸洗碱洗)可以满足这个清洗目的，同时可避免拆卸组 件进行清洁的麻烦。聚丙烯 ( p p )原料的 m i x 子模块所用的碱洗溶液是 2 % 的 m e m c l e a n e x - a 2 ， 此溶液可利用氢氧化钠和浓m e m c l e a n c 混合而成。 酸洗溶液 则是 1 - 2 % 的柠檬酸。通常进行五次碱洗才进行一次酸洗， 这要根据进流水的水 质。清洗溶液可回用数次，配制化学清洗液的水必需是反渗透的出水，自 来水、 c m f 出 水硬度较高不可使用。 为了增加清洗效率， 清洗溶液在使用前普遍加热至 摄氏4 0 度。 化学清洗 ( c i p )清洗液配置完成之后，c i p 泵和阀门根据 c m f单元的c i p 周期，在主 p l c的控制下对c m f 膜组件和管道进行循环清洗。再循环完成后， c i p 溶液从c m f 单元排放回c i p 储罐。 酸洗的次 序与碱洗的次序大致相同， 但是 酸洗采用柠檬酸作为清洗药液. 令 供电和控制系统 供电 和控制系统包含低压配电 柜 ( m c c ) 、 连续微过滤膜 ( c m f ) 进流泵变频 装置、 控制盘、 s c a d a系统。 三台 连续微过滤膜 ( c m f ) 进流泵变频装置安装在 低压配电 柜内， 控制系统恒定的进水压力。 m c c 位于控制室， 作系统设备的供电， 如化学清洗 ( c 工 p )泵、空气压缩机、r o 单元和c m f 单元。 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 2 .3 连续微过滤膜系统工艺特点的研究 2 . 3 . 1 过滤 ( f i l t r a t i o n ) 滤液出水 正常过滤 令 固定过滤 ( f i x e d f i l t r a t i o n ) 进水阀打开，出水阀开度固定， 不随控制信号变化而变化。 作用是去除空气 使流量稳定下来。 4 初步过滤 ( i n i t i a l i s e f i l t r a t i o n ) 进水阀门打开，出水阀门在信号控制状态，由p l c 调节开度以保持设定流量 值。 在此步骤结束时m e m l o g 会记录反洗后的各项数据作为下次反 洗的 初始比 较 值。 令 正常过滤 ( n o r m a l f i l t r a t i o n ) 进水阀门打开，出水在信号控制状态，由p l c 调节开度以保持设定流量值。 2 . 3 . 2 气体反洗 ( b a c k w a s h ) 令 气体反洗步骤简介 m e m c o r 专利的气体反冲洗 ( b a c k w a s h )技术是m e m c o r c m f 系统的关键技术 之一。由于 m e m c o r c m f系统采用的是死端( d e a d e n d ) 过滤，过滤过程中膜通量 快速衰减，必须采取有效的手段恢复膜通量使膜再生。b a c k w a s h过程受时间与 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 过膜压差 ( t m p )控制，进水水质恶化会影响到 b a c k w a s h的频率，以保证流量 恒定和出水水质不变。 过滤一定时间后，水中颗粒积聚在膜外表面，使得膜阻力增加，维持流量 的推动力( t m p ) 会增加，膜通量会下降，为了保持膜的滤水能效，需要进行气水 反冲洗。当控制参数达到以 下条件之一后系统会自 动进入反冲洗状态:过滤时 间达到预设值;在预定时间内过膜压差( t m p ) 达到或超过最高允许值;膜阻力值 超过预设值。 反冲洗要经过5 个阶段:内腔排空、空气加压、加压空气反吹、水冲洗和内 腔注水。整个反冲洗过程一般在9 2 -1 2 2 s 之间，其中有几个不确定因素，无法 精确预知时间。一是在反洗开始之前需要检查反洗资源是否就绪，其中包括进 水贮槽液位应超过反洗所需最低液位、反冲洗水贮槽必须排空、工艺用气压力 必须高于反洗要求压力最低值，如果某个膜单元进入反洗状态后上述三个条件 不能满足，就会进入等待队列中等候，这样反洗时间将延长;其次，在内腔注 水阶段， 需要将内 腔完全充满水并开启液位开关后持续5 s ， 然后转入下一程序， 由于注水速度不同，因此完成时间也会有所变化。 令 气体反洗步骤技术特点 气体反洗 首先关闭进水， 然后低压气体从上部滤液端的气体阀门 注入， 将滤液从上部 滤液端的排放阀门 排入反冲废水储罐;高压气体从上部滤液端进入单元，并检 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 测压力值;所有反洗排放阀门打开，气体反向穿过膜孔将膜孔内的污染物吹出， 进水泵启动，进水以由下向上的流向冲刷中空纤维膜表面，带走污垢。滤液端 上部排放阀门打开，药液以错流方式通过中空纤维膜，大部分进水由进水端排 放阀门排出单元，少部分则滤过膜孔从滤液端排放阀门排到废水储罐;缓慢减 小进水流量结束扫洗。重新用水充满单元，所有排水阀门 关闭。 2 . 3 . 3 再湿润 ( r e w e t ) 令 再湿润步骤简介 从 “ 反冲洗 ( b a c k w a s h ) ”结束转入 “ 正常过滤” 之间， 有一个再湿润的过 程来使即膜与水充分接触防止有气体残留而影响膜的透水率。反冲洗之后， 膜 的各项参数均得到很大程度的恢复，但是气水冲洗在膜体上留下许多气泡，为 了使膜能在最佳过滤状态下工作， 膜孔和膜壁必须是完全湿润和充满液体， 所 以需要经历再湿润阶段， 这一阶段大约持续3 0 - 5 0 s ， 就是将压缩空气注入纤维 膜内部，当气体从连通着中空纤维膜内部的排放口 排出时，对膜孔和膜壁产生 的吸力将使残留气泡和原水穿过膜壁排出单元，直至膜内部充满滤水为止。反 冲洗之后一般至少进行一次再润湿过程，在过滤状态中也能手动启动再润湿程 序。 令 再湿润步骤技术特点 再湿润 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 低压气体将单元滤水端的存水从上部进水端的废液排放阀排出单元， 并让单 元进水端与大气连通;随后，高压力气体进入滤液端，压缩空气与水从滤液端 阀门排出，让进水端的水穿过膜孔，与纤维膜充分润湿，之后 c m f单元转为正 常过滤状态。 2 . 3 . 4 化学清洗 ( c i p c l e a n - i n一l a c e ) 令 化学清洗步骤简介 系统的c i p 过程受到时间与最大阻力设定值控制， 当 任一个条件达到时单元便发出c i p 请求， 如c i f 资源可用c m f 单元就被 排入c i p 队列等待操作员 释放开始c i p . c i p 的 过程实 际上是c m f 单元部分与c i p 系统及c i p 进药 泵配合完成的 膜运行一定时间后， 单纯反冲洗已 经不能 彻底清洗膜上附 着的污垢，为了保持系统正 常运行，通常使用化学清洗液来清洗反冲洗所不能清除的污垢，也就是化学清洗。化学清 洗可以不拆卸膜组件而达到清洗目 的，因此又叫做在线清洗( c i p ) o 当系统运行时间 超过预设值或者膜阻力超过预设最大值时，系统提出c i p要求，如果 满足以下三个条件: 化学清洗液的温度低于最高 温度; 其它膜单元未进行c i p : 清洗液贮槽 内 液位超过启动c i p 的最低液位，则启动c i p 程序。整个c i p 至少持续1 4 0 m i n ,需 要经过 内 腔排空、 清洗液循环、 浸泡或延时 浸泡、 清洗液再循环和冲洗五个步骤， c i p 程序完成后， 系统将进入启动状态，转而进入过滤状态。 c i p 可以 分为酸液清洗和碱液清洗两种， 清洗种类和清洗次数视进水水质而定， 碱洗主 要去除膜表面上附着的微生物和有机物， 碱洗之后， 系统的t m p和阻力值会急剧下降，随 着碱洗次数的增加，每次碱洗后的膜阻力会逐渐提高，因为碱洗无法去除膜表面上的金属 离子和一些无机物质， 所以经过一定次数的碱洗后，需要进行酸洗，以更有效的去除膜表 面形成的污垢，恢复膜的各项运行参数。 碱洗或酸洗周期以及碱洗或酸洗条件应根据 c m f进水特性来确定。在运行初期，为了 确保系统的正常运行， 采用运行时间做为碱洗条件， 系统初始预设最高运行时间值为2 5 0 h , 当超过这一数值后， 膜单元进入碱洗状态。 膜阻力作为辅助碱洗条件也预设一个最大值， 若在 2 5 0 h以内阻力超过该值， 膜装置也 要进入碱洗状态。一般 3 -5次碱洗之后要进行 1 次酸洗，系统规定5 次碱洗之后进行1 次酸洗。 碱性清洗液采用m e m c l e a n 溶液和4 5 % 的 氢 氧化钠按照1 : 3 的比 例混合， 使用时 稀释至2 % ， 酸清洗液为0 . 5 % 的柠檬酸溶液。 碱清洗液和酸清洗液可以 重复使用， 一般可重复 使用3 - 5 次。 碱清洗液的配制应控制电导 率和p h ，一般控制溶液的电 导率为5 0 -7 0 11 s / c m , p h 在 1 2 . 8 -1 3 。酸清洗液为柠檬酸溶 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 液，只需要控制p h 值在2 . 5 左右，最低不能低于2 . 0 . 今 化学清洗步骤的 技术特点 化学清洗 首先将单元内 存水排空， 然后用低压空气冲洗c i p 管线。 药液经c i p 泵注入 c m f 单元下部的c i p 进水阀， 然后从上部c i p 回流阀 流回储罐， 随后， 滤液端排 水阀门打开，使药液能够渗过膜进入滤液端。通过 c i p泵加压，药液以错流方 式通过膜组件，穿透膜壁进入滤水端， 从滤水端的 c i p排放阀门回流到储罐。 c 工 p 泵停止，药液停留在单元内开始浸泡，以降解有机污染物，4 0 分钟后，c i p 泵再次启动， 药液从下往上冲洗纤维膜表面。经4 0 分钟， 循环结束，低压气体 进入单元，排空滤液端和进水端。然后，原水通过下部进水阀进入单元，表面 清扫中空纤维膜后， 通过上部进水端的c i p 回流阀门 冲洗c i p 管线，并排到下 水道。 c i p 流程结束， 原水透过中空纤维膜， 从上部滤液排放阀 排放至反洗废水 储罐，此步骤的作用是，清洗化学药液，防止其进入到滤水中。 2 . 3 . 5 排空 ( d r a i n d o w n ) 排空就是放空单元内的存水，在 c i p之前需要进行。基本过程是，低压空 气从单元上部滤水端充入， 将滤液端的 存水通过下部进水端的废液排放阀排出， 然后从上部进水端充入低压空气，排出进水端的存水，而滤液端始终补充着低 压空气防止水渗入，将c m f 单元内部存水排出。 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 2 .3 .6压降测试 ( p r e s s u r e d e c a y t e s t ) 令 压降测试步骤简介 任何膜系统过滤操作过程中，膜的完整性是保证过滤性能和过滤质量的关 键。膜在制造过程和使用过程中不可避免地会产生大于孔径的瑕疵和小裂纹以 及内部密封不严，可能使膜在使用过程中泄漏，因此实现膜工作状况的连续跟 踪监测，是膜系统长期、高效、可靠运行的保证。 c mf系统中安装有中空纤维膜系统泄漏在线检测程序，其中 包括压降测试 和声纳测试。 压降测试用来检查c mf 装置的膜组件、阀门和管道的完整性。 进行压降测 试时首先排空内腔的液体，可以将低压空气从膜组件的滤水端注入，同时排空 膜组件进水端液体，然后切断低压空气，监测滤水端的压降速率，在监测时间 内压降速率不得超过预设值。如果超出预设值，系统就会发出报警信号，如果 压降速率非常高，系统进入停机报警状态。 压降测试可以经常进行， 或者每隔一定过滤时间自 动进行。 当压降测试得到的 结果比正常压降速率高时，说明膜组件内的中空纤维膜或密封处中有泄漏发生， 泄漏位置应通过声纳测试来确定。 令 压降测试工艺的具体实现 压 降 测 试 、 声 纳 测 试 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 首先停止进水， 低压空气从上部滤液端充入， 将滤液端存水从上部的滤液端 排放阀门排出单元。 滤液端充入低压气体并记录测试前数据之后， p l c 开始记录 测试时间并计算压降速率;测试完成，将低压气体排出单元，并重新注水恢复 到满水状态。 2 . 3 . 7 声纳测试 ( s o n i c t e s t ) 声纳测试是利用微滤膜的起泡点原理精确定位c mf 单元中泄漏的中空纤维 膜的 组 件的 位 置。 需要 先 手 动 让c m f 单 元 进 入 声 纳 测 试 待 测 状 态， 然 后 操作 员 使用声纳测试工具现场进行测试。基本步骤是，首先关闭滤水，滤液端低压空 气阀门打开。滤液端存水被低压空气通过滤液端排放阀门排出单元。滤液端充 入低压空气，用微孔滤膜的起泡点原理，如果有超过限度的穿孔就会产生气泡， 从而被探头检测到。 2 . 4 微滤膜设备曾经发生的故障与解决分析 c m f系统投入使用三年来虽然发生过一些故障，但总体运行稳定良 好。c m f 设备发生的故障可以划分为三类: 令 进水端原水泄漏至滤水端导致水质超标. 此类问题， 由 压降或者声纳测试发现， 一般是膜组件内部的中空纤维膜断裂 造成。可以先关闭故障膜组件上下的出水阀门，将其隔离起来，防止污染其它 组件的洁净滤水，同时也最小程度的影响整个系统的生产。等到条件允许的时 候，停止有故障膜组件的单元，排空内部存水，拆下故障的膜组件， 采用 c m f 系统提供的专门工具可以将组件内部断裂的中空纤维膜上的出 水口 封死，经测 试就可以重新装回单元继续工作; 令 自 控系统故障导致c m f 系统无法生产。 此类问题对于c m f 系统生产的影响最大，p l c 死锁，整个单元、乃至系列无 法运行， 除了自 控设备自 因素外， c m f 操作控制系统比 较复杂以 至于无法进行手 动操作，是导致此类情况的重要原因。对于自 控问题，以前只能请专业人士修 理， 但经过再生水厂技术人员的钻研，现在已能维修大部分自 控故障，大大节 省了时间，有效保障了稳定供水。 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 令 附属设备故障导致c m f 系统关键步序故障从而影响膜表现。 此类问 题的一个例子是，c m f 系统气体反洗用高压空气调节阀故障， 造成气 体反洗的进气压力不足，因而反洗强度减弱，大量有机、无机污染物附着在膜 表面无法清除，虽然短时间内排除了故障点，恢复了高压空气进气压力，但仍 造成了一个系列的c m f 单元提前1 5 0 小时进行c i p 酸、 碱洗。 c i p 清洗结果表明， 设备中无机污染物的量比正常情况增加了5 %左右。 这些现象说明了， 气体反洗 对恢复c m f 膜通量的重要作用。 综上所述， c m f 设备本身的工艺原理并不复杂， 但是系统中最重要的气体反 洗步骤的阀门 动作速度极快，操作程序较为复杂，这就导致了 c m f系统对自 控 的高度依赖性。所以 保障自 控系统的可靠性，是保障c m f 系统稳定运行的关键。 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 第三章、连续微过滤系统 ( c m f )参数合理化研究 再生水处理中，混凝沉淀作为 c m f系统的预处理，去除了水中部分胶体、 悬浮物和植物营养盐 ( 总磷) ， 浊度去除率 3 5 - 6 0 % ， 色度的去除率 1 5 -3 5 % , c o d 的去除率 1 0 3 5 % , t p 的去除率4 0 % - 8 0 % ， 对于大肠菌群的去除 有辅助作 用。 c m f 系统是针对污水处理厂二级出 水设计的， 其原始设定参数， 必然能进一 步优化。因此，我们对 c m f的主要工艺参数展开了 深入的研究，研究主要分为 以下几部分: 令 连续微滤膜系统对混凝沉淀系统出水中污染物的去除 令 连续微滤膜过滤通量的研究 令 化学清洗周期与药液回用研究 令 气体反洗周期研究 今 以u v 指标评价c m f 系统气体反洗和c i p 碱洗对有机物的去除 令 微滤膜设备曾经发生的故障与解决分析 令 连续微滤膜系统运行状态的评价 今 连续微过滤膜系统成本初步分析 3 . 1 c m f 系统对水体中污染物的去除 当使用纪庄子污水处理厂活性污泥法的出水时，c m f系统出水水质与 g b / t 1 8 9 2 0 -2 0 0 2标准相比较，在感官指标 ( 色度) ，植物营养盐 ( 氨氮)方面 仍有一定差距。污水厂新工艺投入运行后，进水的氨氮、总磷、色度等指标得 到改善， c m f 系统出水的各项指标除氨氮略有超标外，其它均符合标准。 g b / t 1 8 9 2 0 -2 0 0 2 水质指标 单位 度 m g / l 指标 (5 蕊 5 目一度-5 项一浊-5 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 色度度 簇1 5 p h6 . 5 - 9 . 0 嗅味无异味 b o d sm g / l蕊1 0 c o d ,m g / l落5 0 n h 3 - nm g / l簇1 0 t p m g / l (1 . 0 t d s m g / l 簇 1 0 0 0 总硬度( c a c o 3 计)m g / l 簇3 0 0 c l - m g / l 53 0 0 f e m g / l -0 . 2 抽 n m g / l -0 . 1 阴离子合成洗涤剂m g / l (0 . 5 游离余氯m g / l 0 . 2 挥发酚m g / l -0 . 1 石油类m g / l (1 . 0 细菌总数个/ m l簇1 0 0 ( 自 来水标准) 总大肠菌群个/ l53 ( 自 来水标准) 污染指数s d i 3 ( 反渗透进水要求) + c m f 对色度的去除效果 c m f 进水色度最高值为4 0 度，最低值为1 5 度，平均值为2 5 度，而出水中 色度最高值为3 0 度， 最低值为1 0度， 平均值为2 0 度， 平均去除率达2 0 % 左右。 二级出水中，构成色度的物质大多为难以降解的、溶解性的高分子有机物、 有色金属离子和非金属离子。这些物质在混凝沉淀处理阶段有一定去除率，在 c m f 阶段， 一些附 着在絮凝体上的有色物质通过悬浮物质的去除而去除， 从而使 色度得到一定程度的去除。 + c m f 对磷的去除效果 目前，连续微过滤膜工艺作为新型膜技术己逐步应用于污水深度处理中， 其除磷效果不如老三段工艺，但 c m f工艺前的混凝沉淀预处理，可以通过选择 连续微滤技术用于万吨级城市污水回用处理的研究 适当的絮凝剂来增加整个流程对磷的去处。 令 c m f 对细菌和病毒的去除效果 水中的微生物种类繁多， 一般确定大肠菌群和细菌总数作为指示菌，评价 水中微生物含量。水中微生物包括细菌、病毒、原生动物和后生动物等，