19清泰水厂压力膜系统运行优化研究2

1、杭州市水务清泰水厂 王鑫一、膜系统简介二、膜系统运行情况三、膜系统运行优化四、结语2013年底，清泰水厂30万/日的膜处理系统投入运行。膜系统主要由以下部分组成：主过滤系统和水回收系统、反冲洗系统、化学CIP/EFM系统加臭，氧 中加混和凝剂系，必统，膜完整性检测系要时加助凝剂泥水处理统，PLC控制系统等。主过滤系统由两的子过滤系统（以下简称原水1#、2进#水系泵房统）组预成臭氧，每天29500炭0砂m滤3池/d。水回收接触池系统，负责主系统水的回收过滤，每天净产水5000 m3/d。回用水池反冲排水主过滤系统包括18列膜架，每列膜架安装有168只膜柱，运行通反冲排水量设计为100LMH。每列

2、膜阀架能够运行，也可同时运行，每出水泵间提升过滤运行30分钟后自动进行1次水反洗/气洗，平均每2天进行一补加氯加碱 加次EFM(Enhanced Flux Maintenance)，每35天进行一次CIP（Cleaning In Place)。水回收系统（以下简称3#系统）共2列膜架，每列安装有86只膜组件，运行通量设计为60LMH，每过滤运行15分钟后自动进行一次水反洗/气洗，每天进行一次EFM清洗，每30天进行一次CIP。套完全净絮凝产沉淀水池主要运行参数方面，由于主过滤系统18列膜架进水的水质相同，方法和步骤也相同，于是选取1-A近两年CIP前后特定通量的变化值列2015出年如下表：可以

3、看出，2015年与2016年膜系统特定通量值基本一致。温度低时特定通量值普遍较高，CIP前特定通量值都在12LMH/m以上，后特定通量值都在15LMH/m以上，与厂家给定的参考值相符。时间2016年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月温度（）9.5310.2810.4415.4720.1820.225.5426.3525.3422.3219.512.911.8410.1514.319.419.9242931.1252319.0312.9前（LMH/m）14.9814.7113.7813.0213.0413.2113.251

4、3.7913.7813.314.0315.315.7816.0414.0213.3914.2913.713.513.6414.2712.9714.4514.87后（LMH/m）17.817.7817.8616.8215.2816.2315.9115.7515.4215.7217.0518.6419.0618.7518.2217.4316.4416.6416.4715.2216.1915.9916.717.59系统设计时主过滤系统的运行通量是100LMH，水回收系统的运行通量是60LMH，对2016年12月的TMP、通量进行了统计，如下表：可以看出，主过滤系统TMP是通量为80LMH左右测得，均

5、未超过0.8bar；回收系统TMP是通量为35LMH左右测得。通量变化可以从17LMH到110LMH左右，3#的膜通量也可以达到70LMH左右，均在设计允许范围内。编号1#A1#B1#C1#D1#E1#F1#G1#H1#I2#A2#B2#C2#D2#E2#F2#G2#H2#I3#A3#B最小值(LMH)19.5319.5717.731919.2519.7616.7517.0617.1221.8721.9821.821.5917.4721.9121.5219.0518.9334.1434.51最大值(LMH)106.15104.44103.36105.24102.53103.47103.9410

6、2.56103.49109.61106.83107.92104.63104.07102.63103.93102.47101.0871.1769.89编号1#A1#B1#C1#D1#E1#F1#G1#H1#I2#A2#B2#C2#D2#E2#F2#G2#H2#I3#A3#B最小值(bar)0.560.560.580.570.560.530.560.540.530.550.50.570.560.570.560.530.560.560.280.28最大值(bar)0.620.650.680.660.670.640.620.650.620.660.650.690.670.680.650.710.650

7、.650.310.3出水水质方面，膜系统出水浊度均在0.05NTU以下。另外在1#、2#系统的产水总管上（3#系统与1#共用一根产水总管）各安装激光颗粒物分析仪，对出水中2400 m的颗粒物数了一台量和粒径分布进行检测，从而判断膜过滤效果。列举了2016年12月31日颗粒数情况，如下表所示。时间0:001:002:003:004:005:006:007:008:009:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:001#个数（CNT/mL）40211111112102#个

8、数（CNT/mL）000000002012110000000000可以看出，颗粒数均小于10个/mL，过滤效果良好，过滤水质优良。消耗方面，主要以电耗为主。对2016年的电耗进行统计月统计中，2016年月平均电耗为0.0713kwh/m3。工程调试时的电耗是0.0725kwh/m3，水温13.8，通量基本恒定在100LMH。表格中的数据既有大于此数值的，也有小于此数值的，在考虑温度和相关泵因进水量时刻变化而不断启停的因素下，此差距在正常的范围内。时间1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月耗电量（kwh/m30.07550.07490.07370.07080.06890.0678

9、0.06660.06630.06450.07370.07480.0780我们也对三年的药耗进行了统计，如下表：可以发现，经过一段时间运行研究后，药剂使用量基本恒定，柠檬酸和氢氧化钠的使用量低于首年。时间柠檬酸（吨）次氯酸钠（吨）氢氧化钠（吨）亚硫酸氢钠（吨）20143.510.055.2020152.111.784.7020162.111.974.80膜系统一周会进行一次完整性检测。输入的气压在1.5-2bar之间，保压5分钟，若前后相差小于0.04bar，则认为该膜阀架膜柱完好，没有断丝情况；若大于0.04bar系统，将安排再次进行一次完整性检测。若多次复查气压下降迅速，则该膜柱会停止运行，

10、待找出原因解决漏气问题后再恢复运行。若大于0.2bar，该列膜架自动停用。从近几年使用情况来看，膜系统完整性检测结果较好，没有出现大于0.2bar的情况，但大于0.04bar的时有出现，基本是由阀门关均正常。和完整性检测连接管接头松动引起，修复后检测综上所述，目前膜的相关参数都在合理的范围内，未出现断丝现象，运行正常。3.1 运行状况评价指标选择表征膜系统运行情况的指标有许多，而且我厂膜系统有20组膜阀架，若每组膜阀架每种指标都，不但增加了工作人员的工作量，降低效率，且不直观形象，不能快速判定运行情况。因此适当的运行指标的选择和参考则会事半功倍。3.1.1 运行通量膜通量（或称透过速率）是膜过

11、滤过程的一个重要工艺运行参数，是指时间内通过膜面积上的流量，以LMH。不同品牌、过滤精度、过滤（升/每小时平方米）为方式的膜通量不同，所以运行通量的高低可以作为表征膜性能的一个指标。根据上述介绍，当膜系统总进水量为13440m3/h时，单列膜架运行通量达到最大值100LMH，进水流量为840m3/h；总进水量 为10752m3/h时，运行通量为80LMH，单列进水流量为672m3/h； 总进水量为9408 m3/h时，运行通量为70LMH，单列进水流量为588m3/h。下图所示为2014年8月19日单列膜阀架（1#D）24小时的运行通量变化趋势图，当日水温为25.66。由上图可知，膜的运行通量

12、随着进水量的大小而变化。根据我厂供水特点，用水期进水量大，膜的运行通量增大，达到上限100LMH；但在凌晨，如1:006:00，进水量降低，膜的运行通量也变得很小，约为30LMH。实际运行中膜通量的变化范围较大，很难保持系统设计80-100LMH的恒通量运行模式。因此很难选取一个合适的运行通量基准值来衡量膜系统的运行情况。3.1.2 跨膜压差跨膜压差（TMP)也可以作为衡量膜处理系统运行情况的一个指标。出水量降低。增大，通量提高，出水量增大；反之降低，下图所示为2014年8月19日单列膜阀架（1#D）24小时的跨膜压差（TMP）变化趋势图，水温为25.66。从图中可以看出，跨膜压差（TMP）也

13、与膜的进水流量成正比。通量80-100LMH时，TMP在0.6 bar左右。因此，在一定通量范围内， 可以选取一个TMP基准值用来较简单的衡量不同进水流量时膜的运行情况及反映效果。3.1.3 特定通量考虑到温度因素对膜通量和跨膜压差影响较大，因水温不同，相同的膜过滤性能也有差别，特引入特定通量这个评价指标，定义公式如下：特定通量=校正通量TMP10或特定通量=运行通量校正TMP10校正TMP=TMPTCF校正通量=运行通量TCFTMP为跨膜压差，TCF是校正系数，随温度变化而变化，一般将运行通量和TMP都校正到20。其中 a=实际水温（）b=20（）在相同进水量的情况下，特定通量（Specif

14、ic Flux，简称SF）前后变化量大的，说明效果更好。根据清泰水厂2014年1-4月膜处理系统CIP的情况，选择1#D膜架四次CIP后的数据作对照表如下所示：SF（校正 SF(校正通 SF（时间 温度（）实际通量校正通量(LMH)实际TMP(bar)校正TMP(bar)TMP)(LMH/量） (LMH/m)前） (LMH/m)(LMH)m)70910.480.3818.4218.9613.151月10日（第一次CIP后）8.48811050.590.4518.0017.8012.941001380.800.6116.3917.2512.1770920.490.3917.9518.7813.8

15、62月21日9.55801060.580.44左0.5右918.1818.2813.33（第二次可以看出CIP后，）前S10F0 为11232LM0H./78m，166后.92为113.60L3 MH/m左右。S4月F1（日 校正TMP70）和7S9F（0校.44正通0.3量9）17后.95的1数3.5值1相17.3580 证了87特定0.通51 量0.公45 式1，7.9因0为17.0两6个13.校00 正后差不大，这也刚好验（第三次CIP后）1001090.670.6116.3916.2712.46的特定通量的定义公71式，78本质0.上45 是0.一43 样1的6.5，1选17.3取3一

16、11.种74 计算4月25日方式即可。前后特定通量变化比较明显，效0830.530.5115.6915.66（第四次果不错。CIP后）20.361001020.690.6714.9314.7811.02C2I1P.按照校正后计算的特定通量无论水温高低，SF都相差不多，可以作为单列膜架运行情况的评价指标。如下图所示为8月19日单列膜阀架（1#D）一天的特定通量变化趋势图，当时水温为25.66。从上图可知，膜的特定通量也随着进水流量的大小变化而变化，但都相差不大，在16 LMH/m左右，因此为评价膜系统运行的主要指标。此作致定可在通以量看变出 化， 一主 般系 左不统右超膜。 过阀架编号变化值（L

17、MH/m）前特定通量后特定通量（LMH/m）3.2 冲洗模式选择优化（LMH/m）3.2.1气水1#反洗13.7513.860.11气水反洗程序自13.动92 运行，持续14时.00间60秒钟。0目.08前设定的反洗流量为300m3/h，空气流量同为800m3/h。1#C13.3713.520.15选取膜阀架的进水流量在670m3/h左右，即通量为80LMH左右时，水温1#D为26，1#主13.系53统膜阀架特13定.89通量变化如0表.36所示。1#E13.6013.770.171#F13.9114.070.161#G14.0514.170.121#H13.9814.120.14前， 后大特

18、1#I14.0914.270.18SASRF0.2 LMH/m0.15 LMH/m右后从， 特表比定可气通以水量看联变出合化， 反大主洗致系效在统3.2.2 强编化号通量维护变化值（LMH/m）特定通量后特定通量EFM采用400p（pmLM的H/mN）aClO剂LM，H/m循）环30分钟，再水冲5分钟，最1#后A膜组自动转入13.正66向过滤阶段。14.500.84选取膜1#阀B架的进水流量在670m3/h左右，即通量为80LMH左右13.8614.420.56时，水温为26，1#主系统膜阀架特定通量变化如表所示。1#C13.4613.920.461#D13.4414.340.901#E13.

19、6114.200.591#F13.8914.600.71果好。膜阀架1#G13.9614.570.611#H13.6814.440.761#I13.8114.630.82左前EFM0.7 LMH/m清洗的洗和3.2.3化学的变化值（LMH/m）前特定通量后特定通量CIP分CIP碱洗和（LCMIHP/m酸）洗：CIP（碱LM洗H/m配） 制成1%的清。时但清洗NaOHppm NaClO的13.碱73 性剂；16C.7I0P酸洗配制成2.297%的柠间是洗效檬酸剂。CIP碱洗、酸洗时间各为120分钟。也是13.7815.611.83， 果选取膜阀架的进水流量在670m3/h左右，即通量为80LMH

20、1#C前最13.5616.042.48左右，水温为26，1#主系统膜阀架特定通量变化如表所示。这清后好1#D三洗变，13.2916.333.04种所化远1#E13.5715.992.42清使值大1#F洗用大于13.8116.292.48方的约气1#G13.8516.122.27式药在水1#H中剂最最长多的，。13.4416.172.73联合反1#I13.8216.102.28CIPEFMLMH/m2.5CIP清泰水厂由于自身供水的特殊性，供水量变化较大。而按照系统设计及厂家建议，日常气、水反冲为30min一次，CIP据供水量情况，仅采用固定时间作为日常反冲及CIP周期为35天。根的周期还不够科

21、学。结合水厂膜处理车间实际运行情况，我们对膜处理车间的方式进行了适当的调整，主要内容有：（1）、将固定时间反冲洗（30min）改为固定流量周期冲洗模式。过滤流量目前设定为400m3，即无论运行时间长短，达到产水400m3就进行冲洗，以降低反冲水量消耗。另外设置时间保护上限为1h，此时即使流量周期不满足，也要进行反冲洗。（2）、CIP时，加入特定通量指标作为是否需要进行CIP的判定条件之一。正常情况下，实际通量为70LMH左右时，特定通量在13LMH/m以上；实际通量为80LMH左右时，特定通量在12LMH/m以上。若不满足条件（特定通量低于上述值），则需要进行CIP。（3）、CIP后，运行通量

22、为70LMH或80LMH时，特定通量应分别恢复至16LMH/m或15LMH/m左右。如果在下一个周期未到时，特定通量低于上述的参考值或后特定通量达不到该参考值，则再逐一检查运行通量，TMP，水温等指标，查明原因，制定对策，解决可能导致通量不足的问题。3.3 设备改造优化膜系统投运以来，运行基本稳定，但也存在个别设备及设计问题，我厂技术根据实际的使用情况，对其进行了优化。3.3.1 阀门1#、2#系统单列膜阀架有21个气动阀门，3#系统因为增加错流排放管路，因此有22个气动阀门，下图为主系统单列膜阀架的系统控制图。可以看出，管路连接采用block-bleed设计，即无论是进水、产水、反洗供水、化

23、学、排放等管路，都有三个气动阀门控制，形成一个“T”形，上部的两个阀门可以保证过滤、气洗反洗、化学、排放、冲洗等流程中加上双保险，保证各个流程中的介质不互相渗透。下部的这一个阀门可以保证上一个流程结束后管道中残存的液体及时排放，防止污染，也为判定阀门是否关不死提供了方法。另外，这样的设计不但使膜阀架排空变得简单快速，而且在任意阀门故障时都可以此膜阀架，处理，防止因个别阀门关不死造成运行状态不同膜阀架相互干扰影响生产，方便检修。清泰水厂膜系统共有500多个阀门，其中90%以上为气动阀门，每个气动阀门有2个行程开关,。其中某些主管路上的阀门，平均每3分钟需开关一次，膜阀架上最频繁的阀门是平均30分

24、钟开关一次，管路连接采用block-bleed的设计对于保证膜系统的出水水质安全起到了良好的作用，但阀门数量增加，出现故障的概率也将增大，因此阀门的稳定运行变得尤为关键。在近几年的运行中，出现过阀门卡死，阀门漏水，阀门上的行程开关信号无反馈等故障。从上表可以看出，阀门阀体漏水共有36个，阀门卡死有6个，行程开关有问题的大约有100多个。出现问题的阀门基本都是膜阀架上口径最大的，如V1010、V1018、V1013、FCV1001这四类阀门，管径为DN300或DN250，不但易出现漏水， 而且在这四个位置阀门上的行程开关信号也出现较多异常，因此会造成回用水池液位高、气洗反洗时水回流至鼓风机、化学

25、清洗药剂流失、化学不能进行等问题，严重影响膜系统或单列膜阀架的正常。阀门位置阀门编号阀门作用备注阀门位置阀门编号阀门作用备注1-BV1010排放漏水2-AV1010排放漏水V1013反洗漏水FCV1001进水漏水1-CV1010排放漏水2-BV1013反洗漏水FCV1001进水漏水FCV1001进水漏水1-DV1010排放漏水V1010排放漏水1-EV1010排放漏水2-CV1010排放漏水1-FV1010排放漏水2-DV1010排放漏水1-GV1010排放漏水2-EV1010排放漏水卡死1-HV1010排放漏水V1018出水漏水1-IFCV1001进水漏水V1013反洗卡死3-AV1018出

26、水漏水FCV1001进水漏水V1013反洗漏水2-FV1010排放漏水FCV1001进水漏水2-GV1010排放漏水3-BV1013反洗漏水卡死FCV1001进水漏水V1018出水漏水2-HV1010排放漏水V1006反洗卡死2-IV1010排放漏水卡死FCV1083进水漏水2-AV1010排放漏水1#反洗泵V14351_A反洗漏水FCV1001进水漏水1#反洗泵V14351_B反洗漏水两次2#反洗泵V24351_A反洗漏水2#预过滤器V1010排放卡死2#反洗泵V24351_B反洗漏水针对上述情况，组织召开专题会，决定先更换每列膜阀架上故障的这四类阀体，根据阀门厂家的建议，由原先的活套式橡胶

27、阀体更换为橡胶硫化处理过的阀体，不易变形，强度更大。更换经过改进的阀门后，目前使用均正常，未出现漏水或卡死现象。另外在安装期间出于运输、安装及美观考虑，在安装时将部分阀门倒装，但是这样使得阀门上轻下重，阀门内的橡胶更易变形，久而久之造成漏水。为了减少其隐患，气缸和阀体正立安装。这部分阀门和线路加长，将为了解决行程开关问题，我们又查找了相关资料，了其他两个品牌各40个行程开关，分别安装在1#、2#相对应的反冲洗系统和膜阀架上，经过一年的使用，结果如下：型号个数故障次数故障率品牌140410%品牌24000经过一年频繁的启停，品牌1的行程开关偶有问题，但故障率比原先降低了许多，使用增加，其中大部分

28、故障是行程开关的触点松动，接触引起，这是机械式行程开关的通病。品牌2的行程开关采用电感式，不需要机械接触及施加任何长，因此一年内未发生故障.后期换为此类电感式行程开关。即可开关动作，动作可靠，应用陆续把剩余的行程开关更厂维修在拆卸膜阀架上的阀门时，发现管道与管道之间没有活结，阀门直接嵌于其中，每次更换时都需要使用千斤顶，这样不仅增加了人力物力，也易造成PE管道断裂。因此建议设计膜阀架系统时，应在每根管道上都加装一个活结。同样出于检修便利考虑，在条件许，不必布置得很紧凑。的情况下，每列膜柱之间应分散些3.3.2 颗粒数从之前的表可以看出目前我厂膜后水颗粒数较少，小于10个/mL，100%。经过一

29、段时间运行，我厂将颗粒数作为膜系统出水的内控指标之一。在2015年浙江省现代化水厂评审中，组也根据我厂工艺特点，将颗粒数指标作为膜处理单元评价标准之一。工程交付后，我厂的颗粒计数仪进水管接在出水总管上端， 容易混入气泡。为了防止水管中经常性出现不满管或者气洗时大量的空气进入管道，影响检测，我们后将取水口改开在水管的侧面。在日常使用中，注意维护。当滤杯中的网筛上附着了一层污染物时，应及时对滤杯进行。目前根据我厂水质条件，我们对其两个月进行一次，对于其他不同的水质，应适当的增加或者减短维护周期。3.3.3 空压机系统目前膜系统使用的是两台微油的空压机，为了防止油随气进入膜柱内，我厂除了定期维护，及

30、时更换滤芯外，还在管路中增加了两级滤芯，保证气体纯净。为了防止空气质量问题引起阀门磨损堵塞，还在各组膜阀架的进滤器，自动排水。道上安装了一个过3.3.4 鼓风机系统清泰水厂膜系统有四台鼓风机。靠近膜阀架两侧的风机都出现了漏水 的现象，原因主要是以下三点：一是气洗的阀门因使用时间长，执行缓慢，关不及时以致于反洗的水压回至鼓风机处；二是组装时膜阀架的高度高于鼓风机至膜阀架这段的高度，只要阀门一开启或者渗漏，管道中的水就会流进鼓风机系统；三是膜阀架系统的管路中唯独气洗管路未采用block-bleed设计。久而久之，鼓风机出后的空冷器和阀门生锈腐蚀。为处理这问题，我们在气洗管道上增加了止回阀，保证水不

31、流入鼓风机系统内；增加了自动排水阀，将管道中剩余的水及时排放掉；更换生锈的阀门和空冷器换热管，材质由黄铜更换为白铜，厚度由0.501mm增加到0.71mm，增强其耐腐蚀性。下一步锈。空冷器的外壳由铸铁更换为不锈钢材质，进一步防止生3.3.5 化学化学系统系统也有两套的装置，分别由4个3 m3的原药罐、1个15 m3的碱罐、1个15 m3的酸罐及相应的泵和仪表组成，其中碱罐和酸罐底部都内嵌2个加热器。4个原液罐分别储存浓度为30%的氢氧化钠药剂、10%的次氯酸钠药剂、50%的柠檬酸药剂、15%的亚硫酸氢钠药剂。药液通过加热器进行加热，维持温度在25-35。工作一段时间后，碱罐的加热器表面发生结垢

32、现象，使加热器不能正常工作。酸罐中的四个加热器表面正常，无结垢。出于安全性和环保考虑，经过去加热器厂家调研及方案比选，我们采用喷砂机进行除垢。经过一年多的不断研究，为安全起见，碱罐的四个加热器在水温较高（即20以上），维护周期定为五个月；当水温较低时，维护周期为四个月。由于拆除加热器工序复杂，拆除一个碱罐的两个加热器需要大概4个多小时，装好后还需进行漏水性试验。因此加热器要选择好时间段，不能是在膜阀架进行化学冲洗时，也不能是在进行CIP化学否则会极大地影响膜系统的正常运行。的周期内，为了增加加热器的耐腐蚀性，将四台碱罐加热管材质由不锈钢316L更换为钛材，酸罐中的加热器材质不变。同样为了拆卸方

33、便和不损坏端子，我们在现场了设置控制柜，将加热器内部的接头直接引到外置控制柜中，再与后续的电缆相连。对于化学系统还有如下建议：定期检测原液余氯浓度，防止存放久药剂失效。每2个月检查一次进行CIP配药后的余氯浓度和氢氧化钠浓度，确认气动隔膜泵的投加效果无偏离。当系统进水的浊度较低时，可以适当延长EFM的周期，对主系统EFM周期最长不应超过120小时；对回收系统EFM周期最长不应超过72小时，但CIP周期最好不改变。一旦发现特定通量下降过快、CIP不彻底等现象周期等方式使的出现，则应及时采取措施，如加大膜的性能得到及时恢复。液浓度、缩短进行CIP操作时每天至少45列膜阀架，保证单套系统的CIP操作

34、在3天内完成，避免CIP持续时间过长影响到其他膜架的EFM操作。考虑到系统的运行费用及减少环境污染，一罐CIP药液的使用次数可设置为45次。若在所有膜阀架都已完成了CIP操作，其药液的使用次数仍未达到，则确认将配制的CIP药剂用于EFM操作中。CIP时，由于两套过滤系统完全，在一套的一组膜阀架开始做酸洗时，另外一套的一组膜阀架可以开始碱洗，这样两者和水池可以互相中和还原，节约药液的使用量。后的废液去中所有CIP结束后，除了系统本身对CIP的加药管道进行冲洗外，还需对氢氧化钠、次氯酸钠管道上的自来水阀门操作，对管道进行冲洗，防止药液在管道内结晶造成阀门、管道的堵塞。若条件，加热器最好是先对自来水进行单独加热，然后将加热后的水与药剂混合，混合后的药液再送至膜阀架进行，以减少加热器结垢损坏，减少次数，提高使用。3.3.6 中和系统中和系统为全自动程序控制，中和循环泵根据中和池液位启动，当液 位达到启动液位时，循环泵开始运行，泵出口的pH/ORP仪表会检测所排入 池中的水的pH值和氧化还原电位。若检测出指标不合格，则投加相应药剂， 循环20分钟。以此往复，直至泵出口的水质指标检测合格，将中和废水排 入市政污水管道内。但两个中和水池总容积仅200m3，除去停止液位和满溢高度外，中和水池实际可用容积在150m3