法国巴黎梅里奥塞水厂纳滤系统工艺调研.doc

法国巴黎梅里奥塞水厂纳滤系统工艺调研冯 霞摘要：本文以法国巴黎梅里奥塞水厂为应用实例介绍以纳滤膜技术为核心的水处理工艺，对于微污染水源水，纳滤膜技术具有对无机离子的截留率低，回收率较高等特点，将是未来饮用水处理的发展方向。关键词：Actiflo高密度沉淀池、臭氧、助凝剂、保安滤器、纳滤膜法国巴黎梅里奥塞（Mery-sur-Oise）水厂，位于法国巴黎北郊，美丽的奥塞（Oise）河旁，该厂建于20世纪初，经多次重大改造，目前供水规模已达34万m3/d，其中14万m3/d采用纳滤膜技术。这是世界上第一个采用纳滤膜技术处理河水的水厂，水厂出水水质安全卫生，口感好，不含氯味，代表了21世纪世界饮用水的方向，该厂的广告语“丢掉瓶装水，打开自来水龙头吧！”，2007年1月我司应邀对该厂进行考察调研。梅里奥塞水厂一角一、建设概况梅里奥塞水厂原供水规模20万m3/d，采用水处理工艺：混合反应沉淀砂滤后臭氧接触池生物活性碳滤池氯化接触池。由于奥塞河水质污染不断加剧，1993年该厂安装了一套1400m3/d纳滤中试装置，开始为附近的阿沃斯奥塞小镇提供膜处理用水，两年的试验结果证明了纳滤膜技术是行之有效的。1995年法国水务企业联合集团（SEDIF）决定投资1.5亿欧元增建14万m3/d纳滤膜水厂，并于1999年建成试运行，采用水处理工艺：Actiflo高密度沉淀池臭氧接触池双层滤料滤池保安滤器纳滤紫外消毒。该厂建成后，不仅出水水质好，可为巴黎北郊39个区大约80万居民提供优质饮用水，而且自动化程度高，整个水厂采用了1250台由计算机控制的预报控制屏，950多台在线传感器，140个自动系统，可以连续向控制中心提供600个数据信息，完全实现自动控制，开创了21世纪世界自来水厂的新局面。梅里奥塞水厂纳滤系统一角二、纳滤系统工艺调研膜技术被称为是21世纪的水处理技术，使用膜进行水处理的基本原理是：利用水溶液中的水分子具有透过分离膜，而溶质或其他杂质不能透过分离膜的特性，在外力作用下对水溶液进行分离，以获得纯净的水，从而达到提高水质的目的。目前饮用水处理常用的膜主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透等。 微滤是利用微滤膜的筛分机理，在压力驱动下，截留直径在0.11m之间的颗粒，如悬浮物、细菌、部分病毒及大尺寸胶体。超滤是利用超滤膜的微孔筛分机理，在压力驱动下，将直径为0.002-0.1m之间的颗粒和杂质截留，去除胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物。 微滤、超滤对浊度、胶体和细菌具有很好的处理效果，但对色度、无机物、有机物的去除效果并不理想，需与化学药剂、粉末活性炭相结合才能达到较好的处理效果。纳滤膜技术是20世纪80年代发展起来，介于反渗透与超滤之间，孔径一般在12nm，以纳滤为核心的水处理工艺在保证水的浊度，去除水中藻类、三氯甲烷中间体、低分子有机物、农药、激素、砷和重金属等有害物质以及提高与饮用水安全饮用最直接相关的水微生物安全性方面具有其他处理工艺难以达到的效果，可以认为纳滤膜技术是未来优质饮用水净化的最佳实用技术。奥塞河是一条起源于比利时南部阿尔登山脉的河，最终汇入法国北部的塞纳河，由于沿途受污染严重，水中含有大量的有机物与杀虫剂，特别是除草剂莠去净，且河水的温度和有机物的含量一年随季节变化波动也很大，为此，梅里奥塞水厂特别用了两年的时间做了中试，根据奥塞河水的特点设计专门处理奥塞河水的纳滤系统。新建纳滤系统的设计规模14万m3/d，投资1.5亿欧元，制水成本1.07欧元/m3，工艺流程详见下图一。 巴黎梅里奥塞水厂纳滤系统工艺流程（图一）1、Actiflo高密度沉淀池Actiflo沉淀池是法国威立雅下属OTV公司1988年开发研制并获得专利的一种高效沉淀技术，它的主要特点是利用细砂作为絮凝的核心物质，以形成较易沉降的絮体，加快沉淀过程，缩小斜管沉淀池面积。该池型在欧洲已经多年，据统计，在法国有12个、加拿大20个、美国8个、英国5个、土尔其2个、马来西亚2个水厂，规模为7000800000m3/d。但在国内使用实例较少，主要有上海临江水厂（20万m3/d）、北京水源九厂（34万m3/d），因此本文进行较详细介绍。（1）Actiflo高密度沉淀池工作流程，详见下图二。Actiflo高密度沉淀池工作流程（图二）混合：原水与絮凝剂（PAC）经混合装置快速混合后，胶体颗粒脱稳，形成微絮凝体。絮凝：形成微絮凝体的原水进入投加池，在池中投加粒径为80100m的微砂，投加的微砂通过搅拌机快速完全混合，与微絮凝体有效结合形成更大更重的絮体。熟化：形成絮体的原水进入熟化池，在池中投加阴离子PAM助凝剂，通过吸附、电性中和和颗粒之间的架桥作用，絮体进一步变大、密实，熟化池中采用慢速搅拌。高速沉淀：絮凝后水进入沉淀池的斜管底部，然后向上流经斜管区，絮凝体在斜管内沉淀并在重力的作用滑下。由于有非常好的混凝和絮凝，絮凝体很容易沉淀，这大大提高了沉淀效果，沉淀池的上升流速可高达3070m/h。含细砂的污泥回流：沉淀的泥砂混合污泥通过刮泥机刮向中心坑内，然后由污泥循环泵一天24小时连续抽排，把微砂和污泥输送到水力分离器中。水力分离器把微砂从污泥中分离出来，注入到投加池中循环使用，约占回流量的1020%，污泥从上层流中溢出，流向污泥处理系统，约占回流量的8090%。污泥回流率一般为进水量的3%6%。梅里奥塞水厂Actiflo高密度沉淀池水力分离器（2）梅里奥塞水厂Actiflo高密度沉淀池工艺参数：Actiflo沉淀池共1座分2格，每格单池面积700m2，深度7.5m，池内平均停留时间12min，上升流速40m /h。采用絮凝剂为聚合氯化铝，投加量30g/m3；助凝剂为阴离子PAM，投加量1g/m3。（3）梅里奥塞水厂Actiflo高密度沉淀池处理情况：可去除95%胶状颗粒，通过控制投药量可保证沉后水浊度1.1NTU。Actiflo高密度沉淀池是一种新型澄清工艺，它具有沉淀时间短，占地面积小，耐冲击负荷能力高，运行稳定等特点，在国内饮用水处理中将具有良好的应用前景。2、臭氧接触池臭氧技术在饮用水处理中最早是作为一种消毒剂使用，后由于饮用水水源污染程度的加剧，臭氧作为一种强氧化剂受到更普遍的重视。目前臭氧在饮用水用于除污染的位置有三种：絮凝前（通常称为预臭氧）、砂滤池前、活性炭滤池前（通常称为主臭氧）。絮凝前、活性炭滤池前投加臭氧在国内外使用比较普及，我司也在深圳东湖水厂、梅林水厂、笔架山水厂深度处理设计中积累较丰富的经验。但砂滤池前投加臭氧在国内目前还没有使用，在此位置，臭氧的作用是氧化絮凝沉淀后余留的有机物，分解大分子，如微藻类，提高砂滤池的过滤效率。由于絮凝沉淀中去除了部分可氧化的物质，在此处投加臭氧可降低臭氧投加量。梅里奥塞水厂臭氧接触池工艺参数：臭氧投加量3g/m3，臭氧发生器设置3台，总发生量22kg/h。梅里奥塞水厂臭氧发生间3、双层滤料滤池过滤是常规处理工艺最后也是最关键的一步，主要是去除水中最后的悬浮物和氨氮，控制合理的滤速和选择合理滤料是保证滤后水水质达到要求与滤池正常运行的关键。梅里奥塞水厂新建纳滤系统予处理阶段的滤池采用是双层滤料气水反冲滤池，由于该工艺在国内外运行经验均非常成熟，本文不再详细介绍。梅里奥塞水厂双层滤料气水反冲滤池一角在滤池进水中加入少量助滤剂，是为改善滤池过滤性能，降低滤后水浊度。目前在国内助滤剂已开始使用但并不普遍。随着饮用水水质标准提高，尤其对出水浊度要求的提高，助滤剂的使用会普及起来。助滤剂的种类主要有：聚合无机高分子（如聚合氯化铝）；合成有机高分子（如聚丙烯酰胺）；天然有机高分子（如骨胶）；氧化剂（如氯、臭氧等）。助滤剂的主要原理是通过加入助滤剂改变进入滤池之前的颗粒或滤料表面的性质、电性和尺寸。改变滤料表面性质可提高颗粒向滤料迁移速度与粘附效率，改变进入滤池悬浮颗粒的表面性质和尺寸可提高颗粒的粘附效率。梅里奥塞水厂助滤剂选用聚合氯化铝。（1）梅里奥塞水厂滤池工艺参数：滤池共1座分10格，单格池面积117m2，滤速67m/h，滤层厚度1.5m，其中无烟煤0.7m，石英砂0.8m。助滤剂的投加量5g/ m3。（2）梅里奥塞水厂滤池处理情况：可去除100%100um颗粒物，100%氨氮。4、保安滤器滤后水经过中间提升泵（低压泵）进入保安过滤。保安过滤就是水从保安滤器滤芯的外侧进入滤芯内部，微量悬浮物或细小杂质颗粒物被截留在滤芯外部的过程。保安滤器的作用就是为了捕捉颗粒，以防这些颗粒堵塞或损坏膜元件，一旦滤池产水中含有过高的悬浮物质时，保安滤器就象电气回路中的断路器一样，保护纳滤膜本体。梅里奥塞水厂保安滤器（1）梅里奥塞水厂保安滤器工艺参数：共有8台6m保安滤器，每台保安滤器容积10m3，内装有410支滤芯，总过滤面积990m2，滤速0.88m/h。除预处理部分出现故障之外，保安滤器清洗频率一般为36小时。此外，保安滤器还需进行周期性地化学清洗，清洗频率一般为15d。（3）梅里奥塞水厂保安滤器情况：可以100%去除6um颗粒，95%去除1um颗粒。 5、纳滤 在饮用水处理中，针对不同的微污染水源水，可以选择不同性能的纳滤膜，目前纳滤膜主要有三类产品，类纳滤膜NF270，为中等脱盐率和硬度透过率的纳滤膜，对盐的截留率为4090%，对硬度的截留率为50%左右，对有机物去除率较高；类纳滤膜NF200，为中等硬度透过率的纳滤膜，对水中的盐和硬度有3050%左右的截留率，对除草剂莠去净和TOC具有很高的脱除率；类纳滤膜NF90，对盐的截留率为90%左右，对铁、杀虫剂、除草剂和TOC具有很高的去除率。 由于奥塞河沿途受污染，水中含有大量的有机物与杀虫剂，特别是除草剂莠去净，且河水的温度和有机物的含量一年随季节变化波动也很大，为此，梅里奥塞水厂特别用了两年的时间做了中试，根据奥塞河水的特点设计专门处理奥塞河水的纳滤系统，纳滤系统膜元件选用的也是专为处理奥塞河水设计的FilmTec卷式纳滤元件NF200B-400，它具有对盐和硬度的截留率低，对低分子量的有机物截留率高等特点，特别是对除草剂莠去净的去除。梅里奥塞水厂纳滤膜梅里奥塞水厂纳滤膜共分8个系列，每个系列分4个支架，第一段两个支架，每个支架安装54支容器；第二段一个支架，装有54支容器，第三段一个支架，装有28支容器的；每支压力容器装6支元件，共有9120支卷式纳滤膜元件，膜元件设置在3600 m2的建筑物内，过滤面积确达340000m2。膜进口压力根据原水水温的不同而变化，变化范围815bar。纳滤膜的回收率为85%。膜元件启动清洗的条件是产水量下降25%或任一段标准压力增加25%，清洗频率一般为40d，清洗一系列膜组的时间大约36h。清洗系统分两组，每组由清洗配液水箱、变频泵和保安滤器组成，采用被加热纳产水来配制清洗液，共有4种化学药品，洗涤剂、氢氧化钠、柠檬酸、最后一种是由醋酸、过乙酸和双氧水配制而成的杀菌剂。梅里奥塞水厂纳滤膜系统一角处理情况：去除95%有机物，100%硫酸盐，99.999%的细菌和病毒，95%杀虫剂，50%矿物质。6、后处理在后处理部分，首先采用脱气塔脱除纳滤产水中的CO2，共有8座脱气塔；然后在出水管上安装5台辐射量为25mJ/cm2的紫外消毒器，最后再经过投加NaOH进行PH的调节。梅里奥塞水厂紫外消毒7、出水水质Actiflo沉淀出口浊度为1.1NTU；滤池出口浊度为0.05NTU。纳滤后TOC平均含量为0.18mg/L，杀虫剂低于分析仪器的下限50ng/L，钙离子的平均含量40mg/L。8、投资与制水成本14万m3/d的纳滤系统投资1.5亿欧元，其中35%用于土建与管道建设，65%用于膜技术（主要包括膜和电气自控设备）。新建纳滤系统制水成本1.07欧元/m3，比原传统工艺高0.07欧元/m3。三、结论与启示1、巴黎梅里奥塞水厂是世界上第一个采用纳滤膜技术处理河水的水厂，其外观现代，工艺先进，自动化程度高，代表21世纪饮用水处理的发展方向。2、随着饮用水水质标准的不断提高，深度处理技术已在国内一些大中城市开始应用，主要是臭氧+活性炭滤池工艺，膜分离技术由于价格等原因，在国内使用还是非常少，但随着膜技术的发展，膜将会具备