1、简介
超滤膜技术作为一种新兴的水处理工艺，是水处理领域近20年来的重要技术突破，其出水水质优良，微生物安全性高。近年来随着制膜工艺的进步，膜产品价格的降低，促成了超滤膜技术在市政净水厂中的规模化应用。
近几年来，我公司紧跟超滤膜技术发展的步伐，在超滤膜技术市政净水厂工程的应用中，先后完成了北京市第九水厂应急改造工程（7万吨/天）、乌鲁木齐市红雁池水厂改扩建工程（10万吨/天）、广东省肇庆市产学研“饮用水深度处理技术应用与示范项目”示范工程（2万吨/天）、北京市第三水厂应急扩建工程（8万吨/天）等超滤膜净水厂的系统集成工作，积累了较为丰富的工程业绩和经验。
通过超滤膜技术在工程实践中的应用发现，影响膜系统运行性能的因素很多，如原水的特性，膜组件的特性，工艺系统设计运行参数，膜系统工程安装施工质量，自动化控制系统对膜工艺的融合性等。下面结合我公司近年来在超滤膜工艺市政净水厂应用中遇到的相关问题以及对策做以下介绍：
2、预处理工艺对膜系统的影响与对策
从目前投产的膜处理水厂来看，原水特性对膜系统有着直接的影响。由于原水中存在不同的污染物以及受污染的程度存在差异，其对膜组件污染情况也会不尽相同。目前自来水厂中采用膜处理的工艺形式主要有三种：
1）混凝出水+超滤膜；
2）沉淀出水+超滤膜；
3）滤后水+超滤膜。
从以上三种不同的工艺处理形式可以看出，膜处理的各种来水水质存在着较大差异。由于沉后水与滤后水的水质相对稳定，超滤膜对沉后水与滤后水的处理也相对比较稳定。但是采用沉后水+超滤膜与滤后水+超滤膜工艺增长了水处理的工艺流程，增加了建设投资，所以很多膜水厂采用混凝+超滤膜的短流程工艺。由我公司实施的工程实例中，北京市九水厂与北京市三水厂采用的就是这种混凝+超滤的短流程工艺形式。由于北京原水主要采用密云水库水及南水北调水，其特性随季节变化的差异较大。因此，在没有沉淀池及滤池作为前端屏障的情况下，直接处理混凝水对膜系统抗冲击性能的要求将大大提高。
从北京市第九水厂的运行情况来看，原水采用厂区的反冲洗废水，经混合絮凝后进入膜池进行处理。膜系统在开始运行的一段时间里，跨膜压差缓慢增长，随着时间的推移，膜组件污染明显加剧，并出现了较严重的积泥情况。通过对原水的检测，发现水体中的污染物主要是溶解性有机物，而前端投加少量次氯酸钠没有起到预氧化的效果。而水体中存在的溶解性有机物不仅影响了混凝的效果，而且又是造成膜污染的主要因素。由于絮凝絮效果不佳，引起膜池内沉淀效果差，从而造成池内排泥浓度低，大量的污泥集结在膜池内无法排出，引起膜组件的污染和积泥现象。针对溶解性有机物造成的絮凝效果差以及膜污染严重等情况，后来在膜池进水中投加强氧化剂臭氧。通过投加臭氧对水体中有机物的分解，不仅增强了絮凝的效果，而且加强了沉淀。同时极大地缓解了膜污染，并且解决了膜组件积泥的问题。
通过北京市第九水厂的工程实例说明，针对原水水质的不同，前端的预处理起着至关重要的作用。所以选择合适的预处理工艺，是保证膜系统稳定运行和缓解膜污染的重要手段。
3、布水均匀性对膜系统的影响与对策
目前浸没式膜池的进水方式主要有侧面配水堰进水、侧面闸板直接进水、底部锥斗进水、侧面平流进水等方式。在膜池运行过程中，因采用配水方式的不同而造成各个膜池在运行负荷上存在较大差异，引起每格膜池污染程度不一，影响膜系统运行的稳定性。膜池过滤一般都需要负压，通常采用的方式主要是虹吸和抽吸泵抽吸两种方式。由于每个膜池配水不均造成各个膜池的进水量不等，在进行恒液位控制时，造成各个膜池运行负荷不一致，有的会超设计通量运行，有的会低于设计通量运行，从而影响膜系统的稳定性。相对于采用虹吸的方式过滤，采用抽吸泵过滤方式的稳定性更好。采用虹吸过滤时，膜池过水流量的控制通过膜池内液位与产水调节阀进行。产水调节阀的开度直接影响膜池的过滤量和膜池的液位，而膜池的液位会直接反应到膜池配水的水头。一般情况下，产水调节阀都采用蝶阀，而蝶阀在不同开度下的调节的流量差异较大，使得膜池内液位波动较大，造成膜池在不同的过滤时间的过滤通量差异较大，影响膜池过滤的均匀性和稳定性。由于水厂中采用的大都是有机超滤膜，孔径较小，在过滤过程中存在着不可逆污染。而配水的不均匀性加剧了负荷较大膜池内膜组件不可逆污染的可能性，影响了膜组件的使用寿命。
综合上述分析，为了使膜池配水相对均匀，应尽量采用调节堰进行配水，在经济条件允许的情况下，可以采用凸轮泵进行抽吸过滤。在采用阀门调节出水时，应选用灵敏度较高的调节阀门。另外，针对各个膜池出现的配水不均情况，在进行恒液位过滤时，可以通过设置不同的过滤恒液位来进行调整。
4、管路气密性对膜系统的影响与对策
由于膜系统的过滤必须通过压力来推动，过滤时必须在产水管路上形成负压，一般采用虹吸或者泵抽吸使产水管道形成真空进行过滤。如果产水管路中存在空气，会增加管路中的气阻，这不仅会影响膜系统的产水能力，而且会造成运行中跨膜压差增高，增加运行的能耗。另外，管路中存在的空气还会造成抽吸泵叶轮的气蚀，损坏设备。同时，在进行膜系统反冲洗时，随着水流的迅速冲击，存留在管道中的空气会使得反洗的压力瞬时达到很高，当压力超过膜丝能承受的最大破断压力时，膜丝就会出现破损和断丝的情况。
由上述现象可以看出，管路的气密性对膜系统的稳定性影响很大。通常膜系统需要配置真空常吊装置，保证产水管道的真空度。在选择真空装置时，必须通过管径的大小对真空泵的能力进行严格核算，并留有一定的余量。另外还需要根据运行的最大跨膜压差与虹吸高度或者运行真空度对真空泵的安装高度进行核算，使真空泵工作在有效的范围内。
对产水管路抽真空主要是增加系统安全的保障，并不能从根本上解决膜系统管道气密性的问题。管道漏气的现象主要出现在膜堆与膜池产水母管的接头处，产水管及真空管道与阀门连接处或者管道与管道焊缝及法兰连接处。针对上面各处存在的漏气现象，在进行膜系统施工安装时必须保证工程质量。
在进行膜堆安装时，首先要保证膜堆支撑水平面的平均误差，另外要控制膜堆与产水母管对接矢状面的精度。同时在选择膜堆与产水母管连接的方式时，不常拆卸的可以选用法兰连接。当膜堆需要经常拆卸时，可以选用快速卡箍接头或者抱箍接头，但接头要选择密封性能好，并有一定的调节余量。
针对管道间接头漏气的情况，真空管道及产水管道接头时应采用焊接方式进行连接，管路上应尽量减少阀门的设置。针对管道与阀门连接部位漏气的情况，在管道与阀门采用丝口连接或法兰连接的地方，做好密封，在选用阀门时应选用密封性能优良的产品。真空管道与产水管道不仅要按要求进行压力试验，还要在耐压试验后进行气密性试验。对管道焊口以及管道与法兰连接的焊口，应采用射线探伤的方式检测其性能，避免沙眼或者气眼情况出现。
5、安装及维护对膜系统的影响与对策
“三分设备、七分安装”这句话充分反应了安装质量对一个系统正常运行起着至关重要的作用。从很多工程实例来看也验证了这一点，排除个别工程因某些环节的设计、选型不到位导致后期整改的情况外，实际工程运行中出现的大多问题还是由于安装质量不到位，维护不及时、维护不到位所致。对于浸没式超滤膜处理系统来说，以下几点是工程实施和运行时需要特别注意的地方：
(1)真空系统和空压系统管路和设备的安装一定要保证气密性，系统中电磁阀的安装一定要注意安装方向和介质流向相符，防止出现方向装反的情况。
(2)膜架与膜出水总管的连接一定要牢固，并保证膜出水系统的管道连接或焊接质量，保证气密性满足设计要求。
(3)设计中对系统构筑物有防腐要求的一定要严格按设计的防腐要求做，尤其是膜池、化学清洗池的防腐以及加药系统的防腐。
(4)由于膜处理系统中变频设备比较多，在电气施工时若抗干扰措施未做好在控制系统运行时往往会出现严重的信号干扰情况，导致控制系统无法稳定可靠运行。因此施工布线时一定要严格按相关规范实施，系统接地一定要符合设计标准。
(5)系统投运后要定期对设备进行保养维护，特别要注意做好对真空系统、空压机系统的维护和设备保养，以及系统关键环节如真空节点开关等的检查、维护。
(6)加强对系统运行情况的监测，尤其是要跟踪观察膜的运行污染情况，及时对膜进行清洗和修复破损的膜丝。
6、自动化控制系统对膜工艺的影响与对策
一套完整的膜处理系统要能稳定可靠的运行，自控系统的方案设计、设备选型及软件编程至关重要。尤其是工艺设计与控制系统设计的有机结合尤为重要。下面根据我们的几个工程实践总结一下此方面的心得体会和经验。
（1）由于目前膜工艺正方兴未艾，且膜工艺运行工况受温度、水源水质等条件的影响比较大，在不同的季节运行工况可能差别比较大，因此工艺设计阶段应尽量考虑到实际运行时可能出现的工况调整情况和运行工艺参数的变动情况，将运行时的工况调整情况和可能变动的工艺运行参数在设计阶段明确，便于软件工程师在编制软件时充分考虑可能出现的情况，将可能的工况变动和参数调整预留到控制系统的人机界面上，这样便于系统投运后根据需要随时调整相关参数，增加系统的适应能力。
（2）目前用于市政水处理的膜系统运行对时间的要求比较严格，系统运行时消耗在有效生产以外的时间将直接影响系统的经济效益，若选择的设备动作时间偏长将降低产水率、使总投资额增加、相对增加能耗，且不便于系统运行调度。所以建议最好选择在满足使用功能的情况下设备动作时间尽量短的设备，鉴于此膜处理系统的控制阀门建议优先考虑气动阀门，最好不用电动阀。
（3）在膜处理工艺控制系统的配置时应充分根据工艺流程的特点、系统规模、工艺设备现场布局情况综合考虑，总体的原则是稳定第一、兼顾分散风险。一般大规模的膜处理系统采用主-从式的方式布置，从站分别负责不同的区域，各从站之间相互独立，不影响彼此的运行。根据工程规模和投资情况及系统对安全性要求的高低综合考虑从站监控范围的大小及确定从站的数量，从站的配置由于已经考虑了风险分散的情况，所以控制器一般不考虑冗余配置。主站配置成管理所有从站和监控整个系统中的公用设备，如反冲泵、鼓风机、空压系统等设备。由于主站负责管理整个系统的运行，所以主站的稳定性、安全可靠性需要充分考虑，在投资条件许可的条件下尽量考虑冗余配置方案。
7、小结
近年来，随着国内大量超滤膜净水厂的建成投产，以超滤膜为核心技术的第三代净水工艺已经显现其先进性与适应性，特别是其对提高水质的作用具有对传统工艺无法比拟的优越性。但在超滤膜的应用中也存在着一些亟待解决的问题，这需要政府部门、科研单位、设计院、运营单位、工程单位以及膜设备供应商共同努力，将膜技术在市政给水处理中的应用推向前进。膜技术作为第三代净水处理工艺的核心，随着它的发展成熟以及使用成本的降低，必将迎来广阔的前景，并造福人类，为我们提供更干净更安全的饮用水。
