超濾在水廠濾池反沖洗廢水處理中的應(yīng)用
我國水資源總量約為2．8×104億m3，但人均水資源量約為2．4×103m3，僅為世界人均水平的1/4。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，用水量逐漸增多，同時污水排放也日益增加，水質(zhì)嚴重下降。另外，現(xiàn)如今，對于生活飲用水衛(wèi)生要求越來越高，這就要求水廠采用先進的污水處理技術(shù)，對污水進行重復(fù)利用，并保證水質(zhì)健康。
1、超濾技術(shù)原理
現(xiàn)如今，國內(nèi)外水廠所采用的自來水生產(chǎn)工藝主要流程為混凝、沉淀、過濾、消毒。近年來，膜技術(shù)發(fā)展迅速，并逐漸被應(yīng)用于水廠飲用水的深度處理中，通過過濾器進行水質(zhì)凈化，水系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。在過濾設(shè)備運行環(huán)節(jié)，由于受到反沖洗影響，部分水質(zhì)復(fù)雜的沖洗液會被排放，據(jù)調(diào)查，排放量占水廠制水量的3%～10%，過去，對于反沖洗廢水，一般直接排放。近年來，水資源緊張問題越來越嚴重，社會各界逐漸意識到加強水資源保護的重要性。而膜過濾技術(shù)能夠有效凈化濾池反沖洗廢水，因此，對該項技術(shù)及其應(yīng)用方式進行詳細探究具有十分重要的現(xiàn)實意義。
超濾技術(shù)指的是在壓力驅(qū)動作用下，通過膜分離雜質(zhì)，其應(yīng)用原理為篩除機理，在壓力作用下，污水能夠從高壓側(cè)透至低壓側(cè)，在此過程中，污水中的大分子顆粒被阻擋，經(jīng)過處理后的污水以濃縮液的形式排除。通過膜分離，超濾法能夠分離出水中的蛋白質(zhì)、膠體等其他大分子物質(zhì)，因此，將其應(yīng)用于水廠濾池反沖洗廢水中，可以有效去除污水中的各類雜質(zhì)。超濾膜是超濾技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，其類型較多，包括平板超濾膜、中空纖維超濾膜、管式超濾膜、多孔超濾膜等。根據(jù)超濾膜原材料種類，可以將其分為有機高分子材料及無機材料。應(yīng)用實踐發(fā)現(xiàn)，在水廠濾池反沖洗廢水處理中，超濾技術(shù)不僅操作便捷，而且設(shè)備投資費用較少，能夠有效分離出水中的有機物、懸浮物等雜質(zhì)，但是，需要注意的是，其對于金屬離子并不具備去除能力。
2、超濾凈水工藝
2．1 簡單預(yù)處理的超濾凈水工藝
簡單預(yù)處理的超濾凈水工藝的應(yīng)用流程如圖2所示，首先對原水經(jīng)過簡單處理，然后再進入超濾凈水系統(tǒng)中。與常規(guī)的凈水技術(shù)相比，簡單預(yù)處理技術(shù)在實際應(yīng)用中，省去了常規(guī)處理中的過濾甚至是沉淀過程，處理工藝簡單，并且原水在經(jīng)過混凝處理后，可直接進入超濾膜進行過濾凈化，同時在膜池內(nèi)完成濃水回收和污泥濃縮，濾后水加入少量消毒劑進入清水池。目前最常見的簡單預(yù)處理方式為混凝。簡單預(yù)處理的超濾凈水工藝對水中的濁度、微生物以及混凝產(chǎn)生的絮體等物質(zhì)可以完全依靠超濾膜進行去除，不僅工藝便捷，而且易于運行管理，占地面積小，如果水廠用地有限，建議應(yīng)用這一處理工藝。
2．2 常規(guī)預(yù)處理的超濾凈水工藝
常規(guī)預(yù)處理的超濾凈水工藝是指原水經(jīng)混凝、沉淀、過濾為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)凈水工藝后再進人超濾過濾系統(tǒng)的超濾凈水工藝。該工藝利用超濾膜進一步截留穿透濾池的污染物與微生物，提升了產(chǎn)水的生物安全性與化學(xué)安全性。與簡單預(yù)處理的超濾凈水工藝相比，常規(guī)預(yù)處理的超濾凈水工藝對原水中的濁度和有機物的適應(yīng)能力更強，主要針對原水濁度波動較大、水質(zhì)成分較為復(fù)雜的地表III類水體為水源的舊水廠的升級改造，或新水廠建設(shè)，以保證高品質(zhì)產(chǎn)水。其一般流程如圖3所示。
2．3 復(fù)雜預(yù)處理的超濾凈水工藝
當水源受到污染，水源為劣l類或更低標準的水質(zhì)時，常規(guī)處理不能完全去除水中污染物，需對原水進行深人復(fù)雜處理以保證水質(zhì)安全。復(fù)雜預(yù)處理單元包括臭氧活性炭濾池、炭砂濾池、曝氣生物活性炭濾池等，在復(fù)雜預(yù)處理工藝后增加超濾膜過濾，稱為復(fù)雜預(yù)處理的超濾凈水工藝，其一般流程如圖4所示。復(fù)雜預(yù)處理的超濾凈水工藝中，超濾主要作用是對復(fù)雜預(yù)處理產(chǎn)物或流失物(采用活性炭復(fù)雜預(yù)處理時，出水中可能存在的流失微生物及生物活性炭渣)進行攔截，保證水質(zhì)達標。與其他預(yù)處理形式的超濾工藝相比，這類工藝出水水質(zhì)更好，膜污染更輕，但占地面積大、成本高。這類工藝一般用于原水有機物含量較高或存在藻類、“兩蟲”等微生物穿透風(fēng)險的場合。
3、超濾在水廠濾池反沖洗廢水處理中的應(yīng)用實例
3．1 試驗裝置與方法
在本次試驗中，水廠供水量約為35×104m3/d，在水質(zhì)凈化工藝中，反應(yīng)池和沉淀池中所產(chǎn)生的污泥被直接排放，而對于濾池中的反沖洗水，需進行集中收集至回收池中進行沉淀，取上清液，然后輸送至配水井中，將其與原水進行充分混合，并進行凈化處理。在該水廠濾池運行過程中，需分三個階段間歇運行，反沖洗水量約為整個水廠水量的5%。在本次試驗中，首先對回收池中上清液水質(zhì)進行調(diào)查分析，結(jié)果如表1所示。
在本次試驗中，采用超濾技術(shù)對濾池反沖洗廢水進行凈化處理，濾膜材料為內(nèi)壓式中空纖維超濾膜，原材料為改性PVC材料，有效膜面積為40m2，膜平均孔徑為0．01μm，截留分子質(zhì)量為100ku。另外，在超濾膜組件前方，還需要配備疊片過濾器，并采用PLC技術(shù)進行自動化控制，超濾流程如圖5所示。
在本次試驗中，超濾設(shè)備需連續(xù)運行24h，運行流量為2．4m3/h，濾池反沖洗廢水過濾周期為30min。在本次廢水凈化中，超濾設(shè)備在長時間運行后，可能會受到細菌附著影響，對此，需注意每隔8h采用10mg/L的NaClO，對超濾組件進行浸泡處理，浸泡時間控制在5min左右。在超濾組件運行環(huán)節(jié)，還應(yīng)該注意的是，如果跨膜壓力差顯著增加，則需要對反沖廢水強化沖洗過程。在反沖洗廢水處理過程中，必須強化跟蹤監(jiān)測管理，保證系統(tǒng)運行正常。
3．2 試驗結(jié)果與分析
3．2．1 跨膜壓差
在本次試驗中，水廠超濾設(shè)備經(jīng)過2個月運行，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，原跨膜壓差為21kPa，在經(jīng)過超濾處理后，原跨膜壓差為74kPa，增長明顯。通過實時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，當超濾組件累計流量達到1000m3左右時，膜絲被堵住，超濾膜通量下降，原跨膜壓差增長速度放緩，據(jù)此，強化水流沖洗，膜絲堵塞問題得到妥善解決，膜通量也恢復(fù)正常。但是，隨著超濾的持續(xù)進行，原跨膜壓差增長速度也有所放緩。
超濾組件設(shè)備在經(jīng)過57d運行后，當濾過水量達到2845m3時，跨膜壓差增加至74kPa，膜絲堵塞問題越來越嚴重，再對膜組件進行清洗后，清洗工作恢復(fù)正常。
3．2．2 出水水質(zhì)
在本次水廠濾池反沖洗廢水超濾過程中，濾出水質(zhì)良好，水質(zhì)色度、渾濁度以及細菌總量均符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749―2006)標準。
3．2．3 運行成本
在超濾膜組件運行過程中，運行成本主要包括設(shè)備能耗、化學(xué)藥劑以及工業(yè)用電這幾個方面。對超濾工藝應(yīng)用前后成本進行分析可知，在使用變頻設(shè)備前，超濾運行成本為0．25元/m3;后期能耗為0．13kWh/m3，總運行成本為0．12元/m3。
4、結(jié)語
綜上所述，水質(zhì)問題是社會各界廣泛關(guān)注的熱點問題，水廠濾池反沖洗廢水污染問題嚴重，如果直接排放，會造成水資源浪費問題。本文主要對超濾技術(shù)在濾池反沖洗廢水中應(yīng)用工藝進行了詳細探究，根據(jù)本次研究發(fā)現(xiàn)，對于反沖洗廢水，可以對其進行集中處理，經(jīng)過沉淀后與原水混合，采用超濾膜處理技術(shù)，凈化水質(zhì)，提高水質(zhì)質(zhì)量，不僅應(yīng)用工藝簡單，而且能夠有效提升水資源利用率，值得推廣。（來源：重慶市涪陵區(qū)自來水有限公司）