水质监测

1 工程概况

广东理文造纸有限公司位于东莞市洪梅镇，以回收的废纸为原料，生产瓦楞芯纸、挂面箱板纸和牛皮箱板纸。该厂四期扩建30万t/a环保型牛皮箱板纸生产线，相应的造纸机、废水处理站及发电站用水量增加，原有的水厂处理能力无法满足需要，需增加一套23 000m3/d水处理系统，要求出水电导率＜750μS/cm，脱盐率≥97％。

系统的取用水源为河水，每年9月～次年4月经常受到海水倒灌的影响，含盐量波动较大，电导率为157～23 763μS/cm。

系统采用快滤—超滤—反渗透工艺，设计进水量为52 000m3/d，超滤产水43 800m3/d，供给一期用水点10 000m3/d，其余供给反渗透系统，反渗透产水23 000m3/d。表1为原水水质及设计产水标准。

表1 原水水质及设计产水标准



2 工艺流程与系统设计

2．1 工艺流程

该工程由深圳恒通源水处理科技有限公司设计并承建，工艺主要为前处理系统、超滤系统、反渗透系统等，工艺流程如图1所示。



图1 工艺流程

2．2 前处理系统

2．2．1 混凝沉淀池

在混凝沉淀池中投加5～20mg/L的絮凝剂PAC去除河水中的浊度和色度，同时对水中的无机和有机污染物亦有一定的去除作用。

因原水中存在较多的胶体、微生物等杂质，为了更好地杀菌和抑菌，确保系统的稳定运行，在混凝沉淀池的出水管加入1～5mg/L的杀菌剂次氯酸钠，余氯控制在0．2～0．5mg/L。

2．2．2 快滤池

快滤池采用S型滤砖过滤工艺，其为双侧渠设计，设有水恢复水道，以确保稳定持续的水流从上部的孔口流出，重新回到滤砖的水流可以补偿低压区域，使得滤砖的性能得到显著改进。

快滤池设计产水量为52 000m3/d。设计进水水质浊度＜10NTU，出水水质浊度≤2NTU。

2．2．3 自清洗过滤器

配备7台以色列Arkal自清洗过滤器。外壳为防海水衬胶涂层＋合金处理，滤元缝隙为100μm的不锈钢S31603楔形滤网，可自动清洗、连续工作，单台过滤器设计出水水量为365m3/h，可有效截留大于100μm的颗粒。原反洗设计为压差反洗，但实际上，由于反洗压差过低，无法达到预期效果，后更改为定时反洗，效果更佳。

2．3 超滤系统

2．3．1 超滤装置

系统配置8套，采用旭化成UNA 620A中空纤维外压式超滤膜PVDF材质，每套64支膜组件，每个膜组件的有效膜面积为50m2，膜公称孔径为0．1μm，设计通量82L/（h·m2），净通量为75．4L/（h·m）。每套出力为228m3/h。设计进水水质为：SS≤5mg/L、浊度≤10NTU、COD≤30mg/L。

2．3．2 清水泵

超滤装置配置了5台肯富来清水泵，3用2备，型号为KCC250×200 400，单台出力730m3/h，其中1台为变频控制。原水经混凝、沉淀和过滤后进入清水池，再经清水泵进入自清洗过滤器和超滤装置。

2．3．3 反洗和清洗装置

超滤装置需定期进行反洗，8套超滤装置合用1套反洗系统。系统的反洗由PLC控制并依次执行并按要求依次加入各类化学药品，反洗用水采用超滤产水，反洗系统设置2台反洗水泵，1用1备，型号为KCC200×150 315，变频控制，泵出口加装过滤器。反洗水中添加1～5mg/L的次氯酸钠，出水中余氯浓度保持在0．1～1mg/L。

系统运行压力在0．1～0．3MPa，膜组件长期运行后，会受到如菌类、有机物和无机物的污染，膜通量将下降，为恢复其正常的过滤能力，系统配置了1套清洗系统，由1个清洗药箱、2台不锈钢清洗泵和1台清洗过滤器组成。

2．4 反渗透系统

2．4．1 反渗透装置

反渗透作用是脱除水中的可溶性盐分。系统设有4套反渗透膜组件，每套出力为240m3/h，回收率为60％～75％，每年脱盐率不小于97％，系统采用的膜型号为美国DOW公司的BW30 400FR/34i膜。

2．4．2 反渗透供水泵系统

经泵将超滤出水送至反渗透系统的保安过滤器，系统配置了6台反渗透供水泵，4用2备。

为保护反渗透膜元件不被氧化，需加入还原剂降低原水中余氯的含量，控制进水ORP不大于170mV。另外，系统还加入了由纳尔科提供的阻垢剂N7320，投加浓度为2～3mg/L，由加药系统自动调节浓度。每星期进行1次杀菌操作，投加非氧化性杀菌剂pc191T，投加量为55mg/L。

2．4．3 保安过滤器

每套反渗透装置前设置不锈钢S31603保安过滤器，采用RIZONFLOW的5μm大流量滤芯单套系统出水360m3/h，压差大于0．1MPa时进行更换。

2．4．4 高压泵及增压泵系统

高压泵为反渗透膜提供足够的进水压力，维持反渗透的正常运行，4套反渗透系统共设置8台国产SULZER（ZA/ZE150 4400）不锈钢卧式单级离心高压泵作前级高压泵，每两台水泵串联或并联使用；4台国产SULZER（ZE100 2250）不锈钢卧式单级离心高压泵作段间增压用。

2．4．5 反渗透清洗及冲洗系统

反渗透系统设有1套清洗及冲洗系统，一般情况下，每3～6个月清洗1次，每次约1～2h。在反渗透短时间内停止运行时，为保护反渗透膜元件不受处理水的污染，需把膜壳的积水置换出来。

2．5 配套的压缩空气系统

工程单独配置了1套压缩空气系统，以确保纯水站的仪控用气。其中系统配有螺杆式空气压缩机2台（1用1备）与工艺用气共用，1台冷冻干燥机，三级过滤系统及空气储罐1个。

2．6 自控系统

本系统采用GCK型低压配电柜作为设备动力柜，中控室设置PLC柜以及上位机，现场设置控制柜，以西门子PLC及力控监控软件为控制核心。

自控系统的主要功能为：系统程序控制，包括系统的启停、联锁、保护、监测、控制等；系统数据的采集及处理功能，将现场模拟量信号转换成数字信号，上传至上位机监控；系统的自诊断功能提供系统的故障信息以及相关报警，对于系统的维护及维修起了重要的辅助作用。

3 工况分析

该工程于2011年9月1日开始调试，2012年3月底顺利通过业主验收，持续7个月的调试运行历经进水水质波动、水厂前三期输水总管爆管导致极大的产水压力等困难，通过调整系统参数和超滤反渗透的清洗方案，以达到最佳的运行效果。

3．1 快速过滤系统

调试中发现，快滤系统靠单纯的气洗或水洗效果不佳，约4h小时就会堵。需要再次反洗，后改为气水反冲洗。但系统设计的气水反冲洗由于没有压力和流量控制，很难控制反冲洗水量和气量，效果不易控制、能耗较大，建议增加测量装置。

3．2 超滤系统

超滤（UF）是一种以压力为推动力的膜分离技术，利用中孔（20～50nm）筛分作用实现分离[1]，能截留水中固体悬浮物、胶体和部分细菌，降低SDI，使出水水质稳定，降低对反渗透系统的膜污染[2]。本工程采用中空纤维外压式膜，膜表面积较大，水通量较大，在运行时纳污量大、抗堵塞[3]。而且其PVDF材质采用TIPS热法制备，具有结晶度高、强度高以及强耐药性等优点。

3．2．1 运行效果

调试期间，个别情况下进水压力峰值达到300kPa，平均进水压力达到250kPa，除了极个别阀门及连接处漏水外，系统运行稳定。在调试结束后对膜丝进行检测，未发现断丝现象。

为了掌握超滤的运行状况，对超滤系统的产水流量、浓水流量、进水压力、产水压力和浓水压力进行了监测，由于通过同一根母管进水，从调试过程及收集的数据来看，每套超滤的参数差异较小，所以选取1＃超滤系统进行研究。对大多数的超滤系统而言，初始运行性能跟稳定运行时的性能有较大差异，所以选取的数据为2012年1月1日～1月7日的数据，此时系统已经连续运行了3个多月，系统参数和处理效果分别见表2和图2。

表2 超滤系统运行参数






图2 超滤系统进膜压力、TMP、产水流量曲线

从图2中可知，产水量为130～391m3/h，进膜压力在100～200kPa，TMP在35～130kPa。一般情况下，进水压力上升，产水量随之上升，TMP也增大。产水量的波动范围比较大，在短时清洗后膜性能恢复较快，说明其抗冲击负荷能力强。分析上述数据，其进膜压力、TMP均远低于规定值300kPa。实际上，产水量上升特别明显的阶段是在做完EFM（通量增强维持）的12h内，单纯的增加进膜压力对于产水量的上升并非特别有效，说明EFM清洗方式对于这种膜的清洗效果很好。

3．2．2 清洗方法

设计超滤系统的运行包括过滤、反洗、CEB（化学加强洗）、CIP（在线清洗）4个步骤。

运行方式和持续时间分别为：过滤（1 700s）→加氯碱反洗/气洗（60s）→正冲（40s）→过滤。30min/周期，24h连续运行。

反洗或清洗加入的药剂为柠檬酸、氢氧化钠及次氯酸钠，柠檬酸能去除金属氧化物、胶体污染物；氢氧化钠能去除有机物污染；次氯酸钠可去除微生物污染，可根据具体情况灵活选用。