青岛会议东营南郊水厂深度水处理工艺介绍.ppt

东营南郊水厂深度水处理工艺介绍 纪洪杰东营市自来水公司2011年6月 东营市自来水公司 主要内容 基本情况10万吨 日水质改善工程简介10万吨 日新扩容工程简介后续工作 2 东营市自来水公司 一 基本情况 水资源概况 2020 3 26 3 东营市自来水公司 东营地处黄河入海口 是中国第二大油田 胜利油田所在地 也是山东省唯一全部纳入黄 蓝两大国家发展战略的城市 全市人均水资源314m 不到全国的1 6 且来源单一 当地浅层地下水受海水侵蚀严重 矿化度极高 而深层地下水又含有较高浓度的重金属离子 均不宜作为饮用水水源 黄河流经东营境内138km 本市的生产 生活用水主要依赖于黄河客水 一 基本情况 水厂概况 2020 3 26 4 东营市自来水公司 二 水质改善工程 水质特点 2020 3 26 5 东营市自来水公司 本市引黄水库水质特点水中臭味 总氮等超标 常年呈现出微污染夏季高温高藻冬季低温低浊工艺出厂水水质嗅味CODMn偶尔超标部分消毒副产物 如三氯甲烷 时而超标 二 水质改善工程 前期研究 2020 3 26 6 东营市自来水公司 南郊净水厂2006年被确定为 十一五 国家水体污染控制与治理科技重大专项 引黄水库水超滤膜处理集成技术研究示范 课题的示范工程 本课题由哈尔滨工业大学 北京工业大学 河海大学 同济大学 东营自来水公司 上海市政设计研究总院 济南供排水监测中心 海南立升净水有限公司等单位组成的科研团队承担 中国工程院院士李圭白教授为牵头人 2007年以来 开展了一系列的小试 中试研究和联合攻关 确定了超滤处理工程的膜组件 膜处理组合工艺及相关技术参数 并将该技术成果应用到南郊水厂水质改善工程 二 水质改善工程 项目实施历程 2020 3 26 7 东营市自来水公司 2006年6月东营市自来水公司编制完成了 南郊水厂水质改善工程项目建议书 2007年初 联合哈工大 上海市政院 海南立昇公司等单位开展了超滤膜处理黄河水库水的中试研究 2008年8月 委托上海市政院编制完成了 南郊水厂水质改善工程可行性研究报告 并通过专家组评审 2009年2月和3月 由上海市政院编制完成了南郊水厂水质改善工程 初步设计 和 施工图设计 自此标志着该项目从前期的研究论证进入实施阶段 2009年4月28日开工 12月5日通水试运行 二 水质改善工程 工艺选择 2020 3 26 8 东营市自来水公司 在项目建议书阶段 针对引黄水库水质的特点 我们备选了两种典型的水处理组合工艺 工艺一 气浮 常规处理 臭氧活性炭工艺 工艺二 混凝沉淀过滤 粉末活性炭投加 膜处理工艺 气浮工艺除藻效果良好 但相对膜工艺处理能力较弱 臭氧活性炭工艺对于水中藻类去除效果有限 而且在原水中溴化物水平较高时 2008年7月高达0 154mg L 副产物的风险较大 溴酸盐易超标 加氨 过氧化氢 降低PH 由于臭氧作用 水中的AOC含量增高 反而增加管网中微生物的风险 水质稳定性降低 臭氧活性炭还存在生物穿透现象 影响最终出水水质 考虑冬季东营水温较低 生物作用低下 活性炭的更新频率较高 工艺一 虽然在国内外研究比较成熟 应用也较为广泛 但黄河流域尚缺乏应用的实例 而工艺二依靠超滤膜的物理方法对藻类基本可以完全去除 膜和活性炭 并结合混凝沉淀工艺 通过分工合作 将不同分子量的有机物对应去除 同时作为绿色物理分离技术 超滤应用于饮用水处理时既不引入 也不改变水中物质的性质 但是 工艺二 存在的主要问题是当时国内缺乏规模化应用的水厂 尤其是利用国产膜更没有规模化应用的先例 二 水质改善工程 工艺选择 2020 3 26 9 东营市自来水公司 一级泵房 反应沉淀池 V型滤池 超滤膜 清水池 二级泵房 城市管网 高锰酸盐 或ClO2 粉末活性炭 液氯 净水剂 粉末活性炭 预留 预氧化 液氯 补充 另外 在工程实施初期 南郊水厂已是超负荷运行 经过多次组织专家论证 在考虑不影响供水生产的前提下 将混凝 沉淀 过滤 粉末活性炭投加 膜处理 确定为本次水厂改造的工艺流程 二 水质改善工程 工程建设内容 2020 3 26 10 东营市自来水公司 工程建设内容主要包括 粉炭投加系统高锰酸钾投加系统浸没式超滤膜系统包括超滤膜过滤 超滤膜冲洗 超滤膜药洗 真空系统 膜丝的完整性检测系统及相应的配电和自动化控制系统 二 水质改善工程 工程建设内容 2020 3 26 11 东营市自来水公司 粉炭投加系统包括一套法国进口主机和国内配套附属设备的计量 投加装置 系统适用于大袋 投加能力按最大投加量30mg L考虑 具体投加量可根据需要设定 炭液的制备浓度1 5 可调 设有3个投加点 投加泵共设3台 互为备用 设计流量2 2m3 h 变频调速 应急时3台泵可同时投加 粉炭投加车间 二 水质改善工程 工程建设内容 2020 3 26 12 东营市自来水公司 高锰酸钾投加系统系统主要包括3台美国米顿罗计量加注泵 2用1备 电机变频控制 设计投加量1mg l 最大投加量8mg l 投配浓度2 以下 可根据需要调节 超滤系统膜车间采用浸没式工艺 内设膜池12格 分双排布置 中间设出水总渠 两外侧布置进水和排水渠 进水渠设在上层 排水渠设在下层 膜池进水渠端头一侧设有溢流堰 西端设有鼓风机间 配电间和控制室 东端设有化学清洗池 每格膜池平面尺寸为5 5m 5 8m 均可独立运行 二 水质改善工程 工程建设内容 2020 3 26 13 东营市自来水公司 竣工后的超滤膜车间 二 水质改善工程 工程建设内容 2020 3 26 14 东营市自来水公司 过滤及反冲洗系统采用德国引进的博格转子泵 可正反运转 抽吸泵由变频器控制转速 抽吸泵为容积泵 其流量由泵的转速决定 扬程则由背压决定 正常运行打开膜池的进水闸门后 使待处理水淹没模组件后启动抽真空阀 瞬时使管路充满水 抽吸泵即可投入正常运行 博格泵 二 水质改善工程 工程建设内容 2020 3 26 15 东营市自来水公司 周期性的反冲洗可以减轻膜的污染 一是通过曝气利用气泡的剪切作用对膜丝进行擦洗 另一部分是采用清水进行反冲洗 冲洗时间一分钟左右 冲洗强度 气冲强度大致是以膜池面积计约60m m h 水反冲强度是以膜面积计大致60L m h 反冲洗周期在不同季节有所差别 需在实践中摸索 超滤膜的维护性清洗系统分为在线维护性清洗和离线化学清洗 前者除日常水冲洗和空气擦洗之外 膜堆运行一段时间后 还可以采用10 的次氯酸钠与反洗清水一起注入膜丝并保留几分钟 达到清洗的目的 后者当膜组进行维护性清洗后还不能使跨膜压差恢复到正常水平时则需进行离线化学清洗 化学药剂种类为柠檬酸 或盐酸 氢氧化钠和次氯酸钠等 二 水质改善工程 工程建设内容 2020 3 26 16 东营市自来水公司 真空系统主要由两部分组成 一是核心的真空引水装置 设有真空罐 排水罐 工作水保障系统 排水系统和PLC控制箱 确保真空罐保持真空度在设定的范围内 另一部分是抽真空阀 它能确保系统只抽气不抽水 真空系统 二 水质改善工程 工程建设内容 膜丝的完整性检测系统气检时在线操作 一般有以下几种方法 一种方法是目测法 在密闭出水管路上控制压力5kpa 目测膜池水面是否产生大量气泡 另一种方法是压力衰减法 通过在膜丝中注入压缩空气 0 01mpa 可根据压力的下降趋势判断是否有断丝 另外还可以利用颗粒计数仪进行比对验证 这几种方法简单易操作 2020 3 26 17 东营市自来水公司 超滤膜气检 二 水质改善工程 工程创新点 2020 3 26 18 东营市自来水公司 本工程在国内首次采用了大型国产浸没式超滤膜组件 并开发了一整套适用于大型水厂的超滤膜处理工艺 从工程设计 施工 系统布置 组件排列 配套设备的选用 膜组的运行模式 膜丝的完整性检测 在线维护性化学清洗 离线化学清洗 监测与控制系统的设计到组件的吊装 组件与管路的密封 均创造了一套具有我国特色和具有自主产权的超滤处理系统 积累了一系列大型超滤膜处理工程的设计 建设和运行经验 二 水质改善工程 工程创新点 2020 3 26 19 东营市自来水公司 一是首次大规模采用国产浸没式超滤膜组件具有通量大 压差小 耗能低 维护方便的特点 采用超大膜组件 长宽高尺寸分别为490cm 80cm 300cm 单个膜组件过滤面积2100m2 干重与湿重差别较大 分别达1 5吨和3 2吨 因此在选用吊装设备时 一定要记录膜组件的湿重 二是自动巡检膜组件的完整性将压缩空气管路与抽吸管路连通 经调压阀稳定压力并通过电磁阀控制 在膜组件正常运行期间 抽吸管路电磁阀处于常闭状态 充分利用达到了对膜组件巡检的效果 三是便捷的清洗方式药洗池与膜池平行布置 膜组件与出水分管活口连接均保障了清洗的的便捷 既可进行在线物理清洗 又可进行在线化学清洗 还可以进行离线化学清洗 四是具有自主产权的监测与控制系统 二 水质改善工程 运行效果 2020 3 26 20 东营市自来水公司 一年半的试运行表明 出厂水完全符合106项标准目前 示范工程已试运行一年半 出厂水经委托谱尼 青岛 测试公司以及市疾控中心与本公司检测中心化验室跟踪检测 完全达到设计要求 并且许多检测项目还优于国标限值 譬如浊度一般低于0 02NTU 远远低于国家标准1NTU 另外 色度 嗅和味等感官性状和一般化学指标 微生物学指标等都得到了严格的控制 尤其是让市民最敏感的溴和味得到明显的改善 常规工艺可以有效地减缓国产膜的污染当预处理效果良好时 粉末活性炭及混凝 沉淀 砂滤等协同效应 能够有效地保证超滤膜的稳定运行 而预处理出现异常情况时 将会对超滤膜稳定运行造成较大的影响 二 水质改善工程 运行效果 2020 3 26 21 东营市自来水公司 水温对超滤膜的通量影响较大超滤膜的通量受水温影响较大 超滤膜设计通量为30L m2 h 冬季水温在10 以下 膜通量一般控制在25 27L m2 h 左右运行 春季水温在10 15 状态下 膜通量一般控制在28L m2 h 左右 夏 秋两季水温在15 以上时 膜通量一般控制在32 39L m2 h 运行 不同温度下通量及膜压差如下表 二 水质改善工程 运行效果 2020 3 26 22 东营市自来水公司 粉炭 超滤膜联用工艺可有效去除水中有机物粉末活性炭采用200目 投加能力按最大投加量30mg L考虑 最大投加量为137 5kg h 运行结果表明 CODMn UV254和TOC等有机物的去除率与粉炭投加量呈一定的线性关系 实际生产运行上冬季投加量一般控制在3 4mg L 春 夏 秋三季投加投量一般控制在6 7mg L 原水水质恶化时可适当增加投加量 组合工艺对CODMn UV254和TOC的平均去除率达44 96 43 22 和20 10 比砂滤出水分别提高了8 99 10 23和7 81个百分点 二 水质改善工程 运行效果 2020 3 26 23 东营市自来水公司 所采用的国产超滤膜抗污染性能良好运行结果表明 超滤膜随着运行频率的降低跨膜压差逐渐降低 表一 恒通量下 随着水温的升高 跨膜压差降低明显 表二 相同工况下 一年前后跨膜压差对比见表三 可见运行一年后膜污染仍很轻微 跨膜压差仅上升0 5 0 7m 低温 不同通量所对应的跨膜压差 表一 二 水质改善工程 运行效果 2020 3 26 24 东营市自来水公司 不同温度 相同通量下所对应的跨膜压差 表二 相同温度 相同通量下一年前后跨膜压差 表三 二 水质改善工程 运行效果 2020 3 26 25 东营市自来水公司 一年半的运行表明 膜组运行状况十分稳定 在一个运行周期内 跨膜压差上升了大约10 左右 通过物理清洗后压差基本上能恢复到正常水平 目前 尚未进行过离线化学清洗 2010年12月5日 也就是在膜组运行满一年时 我们对四个膜池 分别采用不同浓度的次氯酸钠和不同的浸泡时间进行了一次在线维护性化学清洗 并进行了超滤膜气水清洗 维护性化学清洗前后跨膜压差对比 表四 超滤膜在线化学清洗前后电流对比 表五 二 水质改善工程 运行效果 2020 3 26 26 东营市自来水公司 超滤膜气水清洗 维护性化学清洗前后跨膜压差对比 表四 周期性的物理清洗可使跨膜压差恢复10 53 而维护性化学清洗跨膜压差恢复仅为15 52 绝对值仅比物理清洗下降1kPa 可见经过一年的运行 膜污染仍十分轻微 二 水质改善工程 运行效果 2020 3 26 27 东营市自来水公司 超滤膜在线化学清洗前后跨膜压差对比表 表五 清洗后膜组的跨膜压差由29 0kPa降低为26 75kPa 同比下降约8 运行1周后 清洗后膜组的跨膜压差由26 75kPa增加到35 0kPa 同比上升30 95 未清洗的膜组由29 0kPa增加到32 0kPa 同比上升10 34 运行1个月后 清洗的膜组与未清洗的膜组跨膜压差基本相同 二 水质改善工程 运行效果 2020 3 26 28 东营市自来水公司 超滤膜在线化学清洗前后电流对比表 表五 清洗后膜组的电流由32 35A降低为30 70A 同比下降约5 运行1周后 清洗后膜组的电流由30 7A增加到32 78A 同比上升约6 78 与未清洗的膜组增幅基本相同 运行1月后 清洗后膜组的电流由30 7A增加到41 03A 同比上升约33 65 未清洗的膜组由35 70A增加到44 70A 同比上升25 21 两者电流的增幅差异达到8 44百分点 基本达到清洗前两者的差别 二 水质改善工程 总结与探讨 2020 3 26 29 东营市自来水公司 综上所述 针对南郊水库水质特点 本工程选用的高锰酸盐预氧化 混凝沉淀 活性炭 超滤工艺实现了预期目的 高锰酸钾有显著的氧化助凝 除藻 除嗅味 去除微量有机污染物等效能 还可降低三卤甲烷生成势 常规处理作为膜前处理工艺 使得原水浊度先期得以降低 对藻类去除率达85 以上 超滤膜能够完全去除藻类和病原微生物 提高管网的生物稳定性 膜和活性炭 并结合混凝沉淀工艺 通过分工合作 可将有机物大部分去除 一年半的运行表明 该组合工艺出水水质完全满足新国标 运行稳定且方便管理 制水成本较低 单方水成本仅增加0 185元 因此东营南郊水厂超滤组合工艺的成功改造和稳定运行 对黄河中下游地区以及水源水质类似地区的老水厂改造和新水厂工艺比选有一定的借鉴意义 该工程评为省建设技术创新一等奖 入选科技部十一五重大科技项目示范项目 同时工程中也存在一些问题 譬如单位投资较高 300 吨 粉炭利用率较低等等 三 水厂扩容工程 工程背景 2020 3 26 30 东营市自来水公司 十二五 期间住房和城乡建设部将在重点流域和地区开展 城市水环境改善和饮用水安全保障 示范城市创建活动 目前 我市已确定为全国22个候选示范城市之一 由于东营南郊水厂是一个老水厂改造项目 根据 十一五 示范工程的改造和经验 平流沉淀池前投加粉末活性炭 接触时间短 利用效率低 平流沉淀池长时间的停留也没有积极的意义 加之原有的V型滤池作用已经弱化 因此 对于以引黄水库作为水源的新建水厂 应该也有必要在 十一五 的水专项研究成果的基础上 通过继续攻关 在 十二五 开发出一种充分混合 接触氧化和吸附 超滤膜高效分离的一体化综合处理工艺 形成一种针对高藻和微污染水质特点 以超滤为核心技术的更加经济 实用 安全 操作简便的新型水处理技术 更好地为黄河中下游地区饮用水安全保障做出示范 三 水厂扩容工程 工艺流程 2020 3 26 31 东营市自来水公司 当前 南郊水厂的最高日供水量已达到为14 2m3 d 水厂制水系统面临着严重的考验 水厂扩容迫在眉睫 南郊水厂扩容工程设计规模15万m3 d 10万m3 d膜工艺 另5万m3 d臭氧活性炭工艺 已完成项目建议书并报市政府批准 初步设计由上海市政工程设计研究承担 本扩容工程拟继续以超滤膜为核心的组合工艺 在 十一五 示范工程的基础上 扩容工程的工艺流程将得到进一步的优化 工艺流程如下 三 水厂扩容工程 工艺特点 2020 3 26 32 东营市自来水公司 活性炭投加 机械混合絮凝 浓缩污泥回流组合于一体活性炭利用率 混凝效果提高 节省水耗 污泥浓缩作用 沉淀池与膜滤池组合池型于一体可节约土建费用 底部排泥