1 工程概況
廣東理文造紙有限公司位于東莞市洪梅鎮，以回收的廢紙為原料，生產(chǎn)瓦楞芯紙、掛面箱板紙和牛皮箱板紙。該廠(chǎng)四期擴建30萬(wàn)t/a環(huán)保型牛皮箱板紙生產(chǎn)線(xiàn)，相應的造紙機、廢水處理站及發(fā)電站用水量增加，原有的水廠(chǎng)處理能力無(wú)法滿(mǎn)足需要，需增加一套23 000m3/d水處理系統，要求出水電導率＜750μS/cm，脫鹽率≥97％。
系統的取用水源為河水，每年9月～次年4月經(jīng)常受到海水倒灌的影響，含鹽量波動(dòng)較大，電導率為157～23 763μS/cm。
系統采用快濾—超濾—反滲透工藝，設計進(jìn)水量為52 000m3/d，超濾產(chǎn)水43 800m3/d，供給一期用水點(diǎn)10 000m3/d，其余供給反滲透系統，反滲透產(chǎn)水23 000m3/d。表1為原水水質(zhì)及設計產(chǎn)水標準。
表1 原水水質(zhì)及設計產(chǎn)水標準
2 工藝流程與系統設計
2．1 工藝流程
該工程由深圳恒通源水處理科技有限公司設計并承建，工藝主要為前處理系統、超濾系統、反滲透系統等，工藝流程如圖1所示。
圖1 工藝流程
2．2 前處理系統
2．2．1 混凝沉淀池
在混凝沉淀池中投加5～20mg/L的絮凝劑PAC去除河水中的濁度和色度，同時(shí)對水中的無(wú)機和有機污染物亦有一定的去除作用。
因原水中存在較多的膠體、微生物等雜質(zhì)，為了更好地殺菌和抑菌，確保系統的穩定運行，在混凝沉淀池的出水管加入1～5mg/L的殺菌劑次氯酸鈉，余氯控制在0．2～0．5mg/L。
2．2．2 快濾池
快濾池采用S型濾磚過(guò)濾工藝，其為雙側渠設計，設有水恢復水道，以確保穩定持續的水流從上部的孔口流出，重新回到濾磚的水流可以補償低壓區域，使得濾磚的性能得到顯著(zhù)改進(jìn)。
快濾池設計產(chǎn)水量為52 000m3/d。設計進(jìn)水水質(zhì)濁度＜10NTU，出水水質(zhì)濁度≤2NTU。
2．2．3 自清洗過(guò)濾器
配備7臺以色列Arkal自清洗過(guò)濾器。外殼為防海水襯膠涂層＋合金處理，濾元縫隙為100μm的不銹鋼S31603楔形濾網(wǎng)，可自動(dòng)清洗、連續工作，單臺過(guò)濾器設計出水水量為365m3/h，可有效截留大于100μm的顆粒。原反洗設計為壓差反洗，但實(shí)際上，由于反洗壓差過(guò)低，無(wú)法達到預期效果，后更改為定時(shí)反洗，效果更佳。
2．3 超濾系統
2．3．1 超濾裝置
系統配置8套，采用旭化成UNA 620A中空纖維外壓式超濾膜PVDF材質(zhì)，每套64支膜組件，每個(gè)膜組件的有效膜面積為50m2，膜公稱(chēng)孔徑為0．1μm，設計通量82L/（h·m2），凈通量為75．4L/（h·m）。每套出力為228m3/h。設計進(jìn)水水質(zhì)為：SS≤5mg/L、濁度≤10NTU、COD≤30mg/L。
2．3．2 清水泵
超濾裝置配置了5臺肯富來(lái)清水泵，3用2備，型號為KCC250×200 400，單臺出力730m3/h，其中1臺為變頻控制。原水經(jīng)混凝、沉淀和過(guò)濾后進(jìn)入清水池，再經(jīng)清水泵進(jìn)入自清洗過(guò)濾器和超濾裝置。
2．3．3 反洗和清洗裝置
超濾裝置需定期進(jìn)行反洗，8套超濾裝置合用1套反洗系統。系統的反洗由PLC控制并依次執行并按要求依次加入各類(lèi)化學(xué)藥品，反洗用水采用超濾產(chǎn)水，反洗系統設置2臺反洗水泵，1用1備，型號為KCC200×150 315，變頻控制，泵出口加裝過(guò)濾器。反洗水中添加1～5mg/L的次氯酸鈉，出水中余氯濃度保持在0．1～1mg/L。
系統運行壓力在0．1～0．3MPa，膜組件長(cháng)期運行后，會(huì )受到如菌類(lèi)、有機物和無(wú)機物的污染，膜通量將下降，為恢復其正常的過(guò)濾能力，系統配置了1套清洗系統，由1個(gè)清洗藥箱、2臺不銹鋼清洗泵和1臺清洗過(guò)濾器組成。
2．4 反滲透系統
2．4．1 反滲透裝置
反滲透作用是脫除水中的可溶性鹽分。系統設有4套反滲透膜組件，每套出力為240m3/h，回收率為60％～75％，每年脫鹽率不小于97％，系統采用的膜型號為美國DOW公司的BW30 400FR/34i膜。
2．4．2 反滲透供水泵系統
經(jīng)泵將超濾出水送至反滲透系統的保安過(guò)濾器，系統配置了6臺反滲透供水泵，4用2備。
為保護反滲透膜元件不被氧化，需加入還原劑降低原水中余氯的含量，控制進(jìn)水ORP不大于170mV。另外，系統還加入了由納爾科提供的阻垢劑N7320，投加濃度為2～3mg/L，由加藥系統自動(dòng)調節濃度。每星期進(jìn)行1次殺菌操作，投加非氧化性殺菌劑pc191T，投加量為55mg/L。
2．4．3 保安過(guò)濾器
每套反滲透裝置前設置不銹鋼S31603保安過(guò)濾器，采用RIZONFLOW的5μm大流量濾芯單套系統出水360m3/h，壓差大于0．1MPa時(shí)進(jìn)行更換。
2．4．4 高壓泵及增壓泵系統
高壓泵為反滲透膜提供足夠的進(jìn)水壓力，維持反滲透的正常運行，4套反滲透系統共設置8臺國產(chǎn)SULZER（ZA/ZE150 4400）不銹鋼臥式單級離心高壓泵作前級高壓泵，每?jì)膳_水泵串聯(lián)或并聯(lián)使用；4臺國產(chǎn)SULZER（ZE100 2250）不銹鋼臥式單級離心高壓泵作段間增壓用。
2．4．5 反滲透清洗及沖洗系統
反滲透系統設有1套清洗及沖洗系統，一般情況下，每3～6個(gè)月清洗1次，每次約1～2h。在反滲透短時(shí)間內停止運行時(shí)，為保護反滲透膜元件不受處理水的污染，需把膜殼的積水置換出來(lái)。
2．5 配套的壓縮空氣系統
工程單獨配置了1套壓縮空氣系統，以確保純水站的儀控用氣。其中系統配有螺桿式空氣壓縮機2臺（1用1備）與工藝用氣共用，1臺冷凍干燥機，三級過(guò)濾系統及空氣儲罐1個(gè)。
2．6 自控系統
本系統采用GCK型低壓配電柜作為設備動(dòng)力柜，中控室設置PLC柜以及上位機，現場(chǎng)設置控制柜，以西門(mén)子PLC及力控監控軟件為控制核心。
自控系統的主要功能為：系統程序控制，包括系統的啟停、聯(lián)鎖、保護、監測、控制等；系統數據的采集及處理功能，將現場(chǎng)模擬量信號轉換成數字信號，上傳至上位機監控；系統的自診斷功能提供系統的故障信息以及相關(guān)報警，對于系統的維護及維修起了重要的輔助作用。
3 工況分析
該工程于2011年9月1日開(kāi)始調試，2012年3月底順利通過(guò)業(yè)主驗收，持續7個(gè)月的調試運行歷經(jīng)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)、水廠(chǎng)前三期輸水總管爆管導致極大的產(chǎn)水壓力等困難，通過(guò)調整系統參數和超濾反滲透的清洗方案，以達到最佳的運行效果。
3．1 快速過(guò)濾系統
調試中發(fā)現，快濾系統靠單純的氣洗或水洗效果不佳，約4h小時(shí)就會(huì )堵。需要再次反洗，后改為氣水反沖洗。但系統設計的氣水反沖洗由于沒(méi)有壓力和流量控制，很難控制反沖洗水量和氣量，效果不易控制、能耗較大，建議增加測量裝置。
3．2 超濾系統
超濾（UF）是一種以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)，利用中孔（20～50nm）篩分作用實(shí)現分離[1]，能截留水中固體懸浮物、膠體和部分細菌，降低SDI，使出水水質(zhì)穩定，降低對反滲透系統的膜污染[2]。本工程采用中空纖維外壓式膜，膜表面積較大，水通量較大，在運行時(shí)納污量大、抗堵塞[3]。而且其PVDF材質(zhì)采用TIPS熱法制備，具有結晶度高、強度高以及強耐藥性等優(yōu)點(diǎn)。
3．2．1 運行效果
調試期間，個(gè)別情況下進(jìn)水壓力峰值達到300kPa，平均進(jìn)水壓力達到250kPa，除了極個(gè)別閥門(mén)及連接處漏水外，系統運行穩定。在調試結束后對膜絲進(jìn)行檢測，未發(fā)現斷絲現象。
為了掌握超濾的運行狀況，對超濾系統的產(chǎn)水流量、濃水流量、進(jìn)水壓力、產(chǎn)水壓力和濃水壓力進(jìn)行了監測，由于通過(guò)同一根母管進(jìn)水，從調試過(guò)程及收集的數據來(lái)看，每套超濾的參數差異較小，所以選取1＃超濾系統進(jìn)行研究。對大多數的超濾系統而言，初始運行性能跟穩定運行時(shí)的性能有較大差異，所以選取的數據為2012年1月1日～1月7日的數據，此時(shí)系統已經(jīng)連續運行了3個(gè)多月，系統參數和處理效果分別見(jiàn)表2和圖2。
表2 超濾系統運行參數
圖2 超濾系統進(jìn)膜壓力、TMP、產(chǎn)水流量曲線(xiàn)
從圖2中可知，產(chǎn)水量為130～391m3/h，進(jìn)膜壓力在100～200kPa，TMP在35～130kPa。一般情況下，進(jìn)水壓力上升，產(chǎn)水量隨之上升，TMP也增大。產(chǎn)水量的波動(dòng)范圍比較大，在短時(shí)清洗后膜性能恢復較快，說(shuō)明其抗沖擊負荷能力強。分析上述數據，其進(jìn)膜壓力、TMP均遠低于規定值300kPa。實(shí)際上，產(chǎn)水量上升特別明顯的階段是在做完EFM（通量增強維持）的12h內，單純的增加進(jìn)膜壓力對于產(chǎn)水量的上升并非特別有效，說(shuō)明EFM清洗方式對于這種膜的清洗效果很好。
3．2．2 清洗方法
設計超濾系統的運行包括過(guò)濾、反洗、CEB（化學(xué)加強洗）、CIP（在線(xiàn)清洗）4個(gè)步驟。
運行方式和持續時(shí)間分別為：過(guò)濾（1 700s）→加氯堿反洗/氣洗（60s）→正沖（40s）→過(guò)濾。30min/周期，24h連續運行。
反洗或清洗加入的藥劑為檸檬酸、氫氧化鈉及次氯酸鈉，檸檬酸能去除金屬氧化物、膠體污染物；氫氧化鈉能去除有機物污染；次氯酸鈉可去除微生物污染，可根據具體情況靈活選用。
3．2．2．1 CEB
①清洗頻率：1次/d；②化學(xué)藥劑：檸檬酸（2％）或氫氧化鈉（0．1％），酸洗可有效去除金屬離子，堿洗可有效去除有機污染物；③運行方式和持續時(shí)間：正沖氣擦（15s）→上排反洗加堿（90s）→堿浸泡（8min）→反洗沖堿（120s）→上排反洗加酸（90s）→酸浸泡（2min）→反洗沖酸（120s）→過(guò)濾。
從實(shí)際運行情況看，清洗效果不佳，主要原因有：進(jìn)水水質(zhì)較預期差，而且水質(zhì)變化較大；反洗管道過(guò)長(cháng)，系統設置的加藥泵過(guò)小，導致反洗藥劑濃度不夠，效果不佳。后調整為：過(guò)濾、反洗、EFM、CIP4個(gè)步驟，其中調試前CEB用的是反洗管路，調整后的EFM用的是清洗管路。
3．2．2．2 EFM
①清洗頻率：1次/d；②化學(xué)藥劑：堿氯洗，即次氯酸鈉（400mg/L）＋氫氧化鈉（0．1％），或酸洗，即檸檬酸（2％）；酸洗還是氯堿洗根據需要而定；③運行方式和持續時(shí)間：一次藥劑循環(huán)（30min）→藥劑浸泡（30min）→二次藥劑循環(huán)（15min）→正沖氣擦（15s）→上排反洗（30s）→上下排反洗（30s）→正沖（30s）→過(guò)濾。
3．2．2．3 CIP
①標準頻率：2個(gè)月1次，同時(shí)當跨膜壓差達到150～200kPa時(shí)需進(jìn)行在線(xiàn)清洗；②化學(xué)藥劑（種類(lèi)和濃度）氯堿洗用次氯酸鈉（2 000mg/L）＋氫氧化鈉（1％）之后用檸檬酸（2％）酸洗；③運行方式和持續時(shí)間：一次堿液循環(huán)（2h）→藥劑浸泡（4h）→二次堿液循環(huán)（1h）→正沖氣擦（15s）→上排反洗（30s）→上下排反洗（30s）→正沖（30s）→過(guò)濾（30min）→一次酸液循環(huán)（2h）→藥劑浸泡（4h）→二次酸液循環(huán)（1h）→正沖氣擦（15s）→上排反洗（30s）→上下排反洗（30s）→正沖（30s）→過(guò)濾。
3．3 反滲透系統
3．3．1 運行參數
反滲透系統運行參數如表3所示。
3．3．2 清洗方法
根據具體情況，采用分段清洗的方法�？梢詥为殙A洗，也可以單獨酸洗或采用堿洗＋酸洗的方法。一般情況下，先排空膜內積水，用0．1％的氫氧化鈉溶液清洗，然后再用2％檸檬酸溶液清洗。
表3 反滲透系統運行參數
4 調試結果
系統運行效果良好，產(chǎn)水性能達到了設計要求，水質(zhì)分析結果如表4所示。
表4 水質(zhì)分析結果
5 成本分析
隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，東莞的供水壓力也越來(lái)越大，在四期工程完成以后，廣東理文造紙廠(chǎng)每天的高峰供水量將達到115 000m3。
理文造紙廠(chǎng)四期工程制水成本主要由設備折舊、電費、膜更換費用、濾芯更換費、藥劑費、維修費以及人工費和管理費組成。該工程四期制水成本如下。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5．1 計算依據
（1）生產(chǎn)能力：23 000m3/d；
（2）工程投資：2 600萬(wàn)元；
（3）電費成本：0．3元/（kW·h）；
（4）單位能耗：2．4kW·h/m3產(chǎn)水；
（5）維修費用：按實(shí)際算；
（6）裝置及配套設施平均使用壽命：15a；
（7）膜元件平均使用壽命：5a；
（8）化學(xué)試劑用量：PAC：2．39g/m3；NaClO：42．55g/m3；NaHSO3：4．43g/m3；NaOH：1．41g/m3；H3Cit：3．40g/m3；PC 191T：4．65g/m3；N7320：0．58g/m3；
（9）人工費（四班三倒八人制）：30 000元/（人·a）。
5．2 成本計算
（1）折舊成本：0．78元/m3；
（2）電費成本：0．72元/m3；
（3）膜更換費用：0．32元/m3；
（4）維修費用：0．09元/m3；
（5）濾芯更換費用：0．07元/m3；
（6）化學(xué)藥劑費用：0．36元/m3；
（7）人工費和管理費用：0．04元/m3；
（8）其他費用0．02元/m3。
合計：2．4元/m3。
綜上可知，每m3淡化水費用中折舊和電費成本占制水費用的62．5％。因此要降低制水費用，關(guān)鍵是降低工程投資和能耗。
6 結論
（1）在超濾前設置快濾池能有效減慢超濾的TMP上升速度，降低清洗頻率，提高膜的使用壽命。
（2）對于PVDF材質(zhì)的超濾，EFM是一種非常有效的清洗方式。
（3）反滲透系統脫鹽率為99％，產(chǎn)水量大于設計值，出水質(zhì)量符合設計要求，快濾—超濾—反滲透工藝對此類(lèi)水質(zhì)有良好的處理效果，系統運行穩定可靠。
