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摘 要：详细介绍了一种“超滤”系统工艺的设计及计算，该工艺具有产水品质高、产水水质稳定、运行操作简便等特点，系统出水SDI﹤3、浊度﹤0.4 NTU、悬浮物﹤1 mg/L、产水回收率≥90%，满足DL/Z 952—2005《火力发电厂超滤水处理装置验收导则》的要求，达到反渗透系统进水标准。
关键词： 超滤 膜通量 化学加强反洗 化学清洗
中图分类号：TN2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-00-02
随着我国经济的不断发展，水资源越来越匮乏，超滤的应用也越来越广泛，已逐渐成为一种发展趋势。目前我国的发电厂以火力发电为主，而火力发电厂的锅炉进水有着严格的指标，其传统工艺往往很难达到要求，且运行成本高，随着水资源的日益紧缺，火电厂锅炉补给水系统中超滤工艺应运而生。望亭发电厂改建工程中锅炉补给水系统即采用了超滤系统。根据设计要求，系统建成后要求出水水质满足DL/Z 952—2005《火力发电厂超滤水处理装置验收导则》的要求，达到反渗透系统进水标准。
1 超滤原理
超滤膜技术是在压差的推动力作用下进行的液相分离过程。即在一定的压力作用下，当含有高分子溶质和低分子溶质的混合液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质透过膜，成为渗透液被收集，大于膜孔的高分子溶质则被膜截留而作为浓缩液被回收[1]。超滤膜的孔径大约在0.001～0.1 μs范围内（切割分子量（MWCO）约为1，000～500，000Dalton）。对于水中悬浮，固体、胶体、大分子物质、细菌有较高的去除率，对BOD和COD有部分的去除率。
2 废水来源和进出水水质
2.1 废水来源
望亭发电厂用水取自望虞河望亭立交枢纽上游的太湖水。
2.2 进水水质
原水水质浊度平均小于60 NTU，经混凝、沉淀、过滤后，浊度低于5NTU，原水电导率平均为750 μs/cm（25°C），总硬度（以（2Ca+/2+2Mg+/2）计）平均为3 mmol/L。
2.3 产水水质
产水水质满足DL/Z 952—2005《火力发电厂超滤水处理装置验收导则》要求：
SDI≤3浊度﹤0.4NTU
悬浮物﹤1 mg/L回收率≥90%
3 设计参数和处理工艺流程
3.1 设计参数
总设计进水量：2003 m/h
超滤系统产水量：803 m/h×2（回收率≥90%），自动控制运行。
3.2 工艺流程
图1 超滤系统流程图
4 工艺计算
4.1 超滤计算（按单套计算）
本项目超滤膜选用德国membrana品牌Ultra-Flux61膜组件，单根膜面积61 m2。设计要求超滤系统单套净产水量为80 m3/h，膜通量不大于65 L/（m2·h），则
膜数量=出水量/（单根膜面积×膜通量）=（80000÷90%）/（61×65）≈22.4（支）
故每套超滤装置取23支膜组件。
反洗水泵流量的选择：反洗通量为进水通量的2～3倍，取3倍，则反洗流量为：Q=膜数量×单根膜面积×膜通量=23×61×65×3=273.585 m3/h，取280 m3/h，扬程：0.3 mPa，电机功率为55 kW，过流材质：304 SS，配变频电机，防护等级：IP54，F级绝缘，B级温升考核，选用型号：IH200-150-315
4.2 加药量计算
4.2.1 超滤反洗加药
反洗加药系统包括反洗加药箱和加药泵（计量泵），在超滤系统进行反洗时，反洗加药一并进行（若原水进入超滤前已连续加氯杀菌，反洗可不必加药）。
反洗所加药剂为10%NaClO溶液，直接倒入加药箱中，在管道中稀释成3～5 ppm。设计反洗水量为产水量的3倍，Q反洗=3×80 m3/h =240 m3/h
需10%NaClO溶液量=240 m3/h×3 mg/L /10%=7.2 kg/h
则所需反洗加药计量泵的流量为8 L/h
4.2.2 超滤化学加强反洗（CEB）
CEB系统包括酸洗（pH值=2的HCl）加药箱和酸洗计量泵，以及碱洗（pH值=12的NaOH和50-100 ppm的NaClO）加药箱和碱洗计量泵。
CEB水量计算
QCEB=120 L/（m2·h）×总膜面积m2
本工程每套23支Ultra-Flux61组件，则
QCEB=120 L/（m2·h）×61 m2×23=168.4 m3/h
酸洗计量泵计算
pH值=2酸洗水需加HCl量
=168.4m3/h×10-2 mol/L×36.5 g/ mol=61.5 kg/h
需加30%HCl溶液=61.5/30%=205 kg/h
则酸洗计量泵流量=205 L/h
碱洗计量泵计算（NaClO和NaOH计量泵合用）
NaOH原料为固体，在加药箱中配成40%浓度，在管道中稀释成pH值=12。
需NaOH量=168.4 m3/h×10-2 mol/L×40 g/mol= 67.4 kg/h
需加40%NaOH溶液=67.4/40%=168 kg/h
NaClO原料为10%的溶液，直接倒在加药箱中，在管道中稀释成50～100 ppm。
需NaClO量=168.4 m3/h×50 mg/L=8.4 kg/h，需加10%NaClO溶液=8.4/10%=84 kg/h 故需碱洗计量泵流量=168+84=252 L/h
4.2.3 超滤化学清洗
化学清洗水量根据组件支数而定。
每套23支Ultra-Flux61组件，则
Q化清=3.9 m3/h×23=90 m3/h。
清洗药剂包括pH值=2的HCl以及pH值=12的NaOH和50～100 ppm的NaClO。
按一年进行两次化学清洗，每次加药30 min
则所需30%HCl溶液量=90 m3/h×10-2 mol/L×36.5 g/mol /30%=110 kg/h
每次清洗需HCl量=110 kg/h×0.5 h=55 kg/次
所需固体NaOH量=90 m3/h×10-2 mol/L×40 g/mol
=36 kg/h
每次清洗需NaOH量=36 kg/h×0.5 h=18 kg/次
所需10%NaClO溶液量=90 m3/h×100 mg/L/10%=90 kg/h
每次清洗需NaClO量=90 kg/h×0.5h=45 kg/次
4.3 叠片过滤器的设计（按单套计算）
叠片过滤器选用以色列ARKAL的产品，其回收率≥90%，按90%计算，则叠片过滤器进水流量：80 3m/h÷90%÷90%=98.77 m3/h≈100 m3/h
则叠片过滤器出力：100 m3/h；单元规格：3"增强尼龙；每台过滤器单元数量：5个；过滤面积：4400 cm2；过滤精度：100 ?m；叠片材质：PP；进出水口径：6"×6"；工作压力：0.1～0.5 MPa；设备选型：ARKAL 3SK5IS
4.4 超滤进水泵的设计选型
超滤水泵进水流量取100 m3/h，扬程0.5 Mpa，电机功率为22 KW，过流材质：304 SS，配变频电机，防护等级：IP55，F级绝缘，B级温升考核，选用型号：IH100-65-200
5 运行效果
运行效果能满足反渗透进水要求，根据近3年的运行抽样数据看，该系统产水品质很好，运行稳定。
图2 超滤系统产水SDI变化曲线
图3 超滤系统跨膜压差TMP变化曲线
图2与图3清晰地反应了污堵指数（SDI）与跨膜压差（TMP）随时间的变化。在跨膜压差为25～40 kPa的情况下，其产水污堵指数基本在3以下。需要说明的是，系统运行与操作人员的素质也成正比，该套系统自运行以来，运行情况良好，基本4-6个月才化学清洗一次，可见超滤膜通量的取值是恰当的，超滤系统的设计是合理的。
6 结语
（1）超滤作为反渗透的预处理单元是合适的，超滤系统出水水质稳定，完全满足RO进水SDI15<3的要求。（2）对于母管制进水，各超滤单元采用恒压阀控制进水压力的超滤系统很可能发生各单元水量分配不均的问题，建议采用母管设计加各单元进行流量控制的方式或一台给水泵对一套超滤单元的设计，这样可以避免各超滤单元之间的水量分配不均的问题。（3）实际运行过程中，部分工艺配置或进水水质变化可能会造成实际超滤产水回收率低于设计水平，因此超滤出力在设计基础上应该适当增加一点余量，这样才能保证超滤净产水能够满足后续RO的进水量要求。
参考文献
[1] 刘茉娥，蔡邦肖，陈益棠.膜技术在污水治理及回用中的应用[M].北京化学工业出版社，2004.
关键词： 超滤 膜通量 化学加强反洗 化学清洗
中图分类号：TN2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-00-02
随着我国经济的不断发展，水资源越来越匮乏，超滤的应用也越来越广泛，已逐渐成为一种发展趋势。目前我国的发电厂以火力发电为主，而火力发电厂的锅炉进水有着严格的指标，其传统工艺往往很难达到要求，且运行成本高，随着水资源的日益紧缺，火电厂锅炉补给水系统中超滤工艺应运而生。望亭发电厂改建工程中锅炉补给水系统即采用了超滤系统。根据设计要求，系统建成后要求出水水质满足DL/Z 952—2005《火力发电厂超滤水处理装置验收导则》的要求，达到反渗透系统进水标准。
1 超滤原理
超滤膜技术是在压差的推动力作用下进行的液相分离过程。即在一定的压力作用下，当含有高分子溶质和低分子溶质的混合液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质透过膜，成为渗透液被收集，大于膜孔的高分子溶质则被膜截留而作为浓缩液被回收[1]。超滤膜的孔径大约在0.001～0.1 μs范围内（切割分子量（MWCO）约为1，000～500，000Dalton）。对于水中悬浮，固体、胶体、大分子物质、细菌有较高的去除率，对BOD和COD有部分的去除率。
2 废水来源和进出水水质
2.1 废水来源
望亭发电厂用水取自望虞河望亭立交枢纽上游的太湖水。
2.2 进水水质
原水水质浊度平均小于60 NTU，经混凝、沉淀、过滤后，浊度低于5NTU，原水电导率平均为750 μs/cm（25°C），总硬度（以（2Ca+/2+2Mg+/2）计）平均为3 mmol/L。
2.3 产水水质
产水水质满足DL/Z 952—2005《火力发电厂超滤水处理装置验收导则》要求：
SDI≤3浊度﹤0.4NTU
悬浮物﹤1 mg/L回收率≥90%
3 设计参数和处理工艺流程
3.1 设计参数
总设计进水量：2003 m/h
超滤系统产水量：803 m/h×2（回收率≥90%），自动控制运行。
3.2 工艺流程
图1 超滤系统流程图
4 工艺计算
4.1 超滤计算（按单套计算）
本项目超滤膜选用德国membrana品牌Ultra-Flux61膜组件，单根膜面积61 m2。设计要求超滤系统单套净产水量为80 m3/h，膜通量不大于65 L/（m2·h），则
膜数量=出水量/（单根膜面积×膜通量）=（80000÷90%）/（61×65）≈22.4（支）
故每套超滤装置取23支膜组件。
反洗水泵流量的选择：反洗通量为进水通量的2～3倍，取3倍，则反洗流量为：Q=膜数量×单根膜面积×膜通量=23×61×65×3=273.585 m3/h，取280 m3/h，扬程：0.3 mPa，电机功率为55 kW，过流材质：304 SS，配变频电机，防护等级：IP54，F级绝缘，B级温升考核，选用型号：IH200-150-315
4.2 加药量计算
4.2.1 超滤反洗加药
反洗加药系统包括反洗加药箱和加药泵（计量泵），在超滤系统进行反洗时，反洗加药一并进行（若原水进入超滤前已连续加氯杀菌，反洗可不必加药）。
反洗所加药剂为10%NaClO溶液，直接倒入加药箱中，在管道中稀释成3～5 ppm。设计反洗水量为产水量的3倍，Q反洗=3×80 m3/h =240 m3/h
需10%NaClO溶液量=240 m3/h×3 mg/L /10%=7.2 kg/h
则所需反洗加药计量泵的流量为8 L/h
4.2.2 超滤化学加强反洗（CEB）
CEB系统包括酸洗（pH值=2的HCl）加药箱和酸洗计量泵，以及碱洗（pH值=12的NaOH和50-100 ppm的NaClO）加药箱和碱洗计量泵。
CEB水量计算
QCEB=120 L/（m2·h）×总膜面积m2
本工程每套23支Ultra-Flux61组件，则
QCEB=120 L/（m2·h）×61 m2×23=168.4 m3/h
酸洗计量泵计算
pH值=2酸洗水需加HCl量
=168.4m3/h×10-2 mol/L×36.5 g/ mol=61.5 kg/h
需加30%HCl溶液=61.5/30%=205 kg/h
则酸洗计量泵流量=205 L/h
碱洗计量泵计算（NaClO和NaOH计量泵合用）
NaOH原料为固体，在加药箱中配成40%浓度，在管道中稀释成pH值=12。
需NaOH量=168.4 m3/h×10-2 mol/L×40 g/mol= 67.4 kg/h
需加40%NaOH溶液=67.4/40%=168 kg/h
NaClO原料为10%的溶液，直接倒在加药箱中，在管道中稀释成50～100 ppm。
需NaClO量=168.4 m3/h×50 mg/L=8.4 kg/h，需加10%NaClO溶液=8.4/10%=84 kg/h 故需碱洗计量泵流量=168+84=252 L/h
4.2.3 超滤化学清洗
化学清洗水量根据组件支数而定。
每套23支Ultra-Flux61组件，则
Q化清=3.9 m3/h×23=90 m3/h。
清洗药剂包括pH值=2的HCl以及pH值=12的NaOH和50～100 ppm的NaClO。
按一年进行两次化学清洗，每次加药30 min
则所需30%HCl溶液量=90 m3/h×10-2 mol/L×36.5 g/mol /30%=110 kg/h
每次清洗需HCl量=110 kg/h×0.5 h=55 kg/次
所需固体NaOH量=90 m3/h×10-2 mol/L×40 g/mol
=36 kg/h
每次清洗需NaOH量=36 kg/h×0.5 h=18 kg/次
所需10%NaClO溶液量=90 m3/h×100 mg/L/10%=90 kg/h
每次清洗需NaClO量=90 kg/h×0.5h=45 kg/次
4.3 叠片过滤器的设计（按单套计算）
叠片过滤器选用以色列ARKAL的产品，其回收率≥90%，按90%计算，则叠片过滤器进水流量：80 3m/h÷90%÷90%=98.77 m3/h≈100 m3/h
则叠片过滤器出力：100 m3/h；单元规格：3"增强尼龙；每台过滤器单元数量：5个；过滤面积：4400 cm2；过滤精度：100 ?m；叠片材质：PP；进出水口径：6"×6"；工作压力：0.1～0.5 MPa；设备选型：ARKAL 3SK5IS
4.4 超滤进水泵的设计选型
超滤水泵进水流量取100 m3/h，扬程0.5 Mpa，电机功率为22 KW，过流材质：304 SS，配变频电机，防护等级：IP55，F级绝缘，B级温升考核，选用型号：IH100-65-200
5 运行效果
运行效果能满足反渗透进水要求，根据近3年的运行抽样数据看，该系统产水品质很好，运行稳定。
图2 超滤系统产水SDI变化曲线
图3 超滤系统跨膜压差TMP变化曲线
图2与图3清晰地反应了污堵指数（SDI）与跨膜压差（TMP）随时间的变化。在跨膜压差为25～40 kPa的情况下，其产水污堵指数基本在3以下。需要说明的是，系统运行与操作人员的素质也成正比，该套系统自运行以来，运行情况良好，基本4-6个月才化学清洗一次，可见超滤膜通量的取值是恰当的，超滤系统的设计是合理的。
6 结语
（1）超滤作为反渗透的预处理单元是合适的，超滤系统出水水质稳定，完全满足RO进水SDI15<3的要求。（2）对于母管制进水，各超滤单元采用恒压阀控制进水压力的超滤系统很可能发生各单元水量分配不均的问题，建议采用母管设计加各单元进行流量控制的方式或一台给水泵对一套超滤单元的设计，这样可以避免各超滤单元之间的水量分配不均的问题。（3）实际运行过程中，部分工艺配置或进水水质变化可能会造成实际超滤产水回收率低于设计水平，因此超滤出力在设计基础上应该适当增加一点余量，这样才能保证超滤净产水能够满足后续RO的进水量要求。
参考文献
[1] 刘茉娥，蔡邦肖，陈益棠.膜技术在污水治理及回用中的应用[M].北京化学工业出版社，2004.