原水直接超滤制备饮用水中试试验研究及运行参数优化

胡灵琦; 万琪琪; 黄镇; 潘名宾; 李鑫; 李栋; 孟欣; 文刚

doi:10.13205/j.hjgc.202603008

原水直接超滤制备饮用水中试试验研究及运行参数优化

doi: 10.13205/j.hjgc.202603008

胡灵琦^1,2,
万琪琪^1,2,
黄镇^1,2,
潘名宾³,
李鑫⁴,
李栋⁵,
孟欣⁵,
文刚^1,2, ,

1. 西安建筑科技大学环境与市政工程学院西北水资源与环境生态教育部重点实验室，西安 710055;
2. 西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西省环境工程重点实验室，西安 710055;
3. 中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉 430010;
4. 中交第一航务工程局有限公司，天津 300461;
5. 海口开源水务有限公司，海口 570208

基金项目:

国家自然科学基金面上基金“加压协同预氧化强化混凝除藻效能及其作用机制”（52570012）

详细信息

作者简介:
胡灵琦（2000—），男，硕士研究生，主要研究方向为超滤膜水处理工艺。15829055920@163.com

通讯作者:
文刚（1983—），男，教授，主要研究方向为饮用水源安全保障。hitwengang@163.com

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出版历程
- 收稿日期: 2025-11-17
- 网络出版日期: 2026-04-11
- 刊出日期: 2026-03-01

Pilot-scale study on direct ultrafiltration of raw water for drinking water production and its operating parameter optimization

HU Lingqi^1,2,
WAN Qiqi^1,2,
HUANG Zhen^1,2,
PAN Mingbin³,
LI Xin⁴,
LI Dong⁵,
MENG Xin⁵,
WEN Gang^{1,2
, ,}

1. Key Laboratory of Northwest Water Resource，Environment and Ecology，Ministry of Education，School of Environmental and Municipal Engineering，Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an 710055，China;
2. Shaanxi Key Laboratory of Environmental Engineering，School of Environmental and Municipal Engineering，Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an 710055，China;
3. Central & Southern China Municipal Engineering Design and Research Institute Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China;
4. CCCC First Habor Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300461，China;
5. Haikou Kaiyuan Water Co.，Ltd.，Haikou 570208，China

摘要

摘要: 海口市江东水厂采用直接超滤工艺处理南渡江水制备饮用水，通过中试试验优化了过滤周期、反冲洗模式、化学强化反冲洗（CEB）加药量及周期等关键运行参数，并综合评价其在优化工况下的净水效能、膜污染特性及技术经济性。结果表明，当运行参数为过滤周期90 min，反冲洗模式采用“170 L/（m²·h）水通量-150 s气洗-10 s气水联合上反洗-10 s气水联合下反洗”的高强度短时间策略，CEB次氯酸钠加药量500 mg/L，CEB周期7 d时，系统对不同进水水质表现出良好的适应性与稳定性。高浊期（≥50 NTU）原水COD_Mn达7.01 mg/L时仍能保障出水达标，而低浊期（<50 NTU）原水COD_Mn接近3.6 mg/L时，出水COD_Mn存在超标风险。42 d运行期间跨膜压差累计增长8.48 kPa，经历短期高浊冲击后仍保持稳定，结合膜污染分析证实，该优化工况可有效控制膜污染，硅铝类无机物残留为主要不可逆组分。经济性分析显示，低浊期与高浊期产水成本分别为0.226，0.243元/m³，低于传统“混凝-沉淀-过滤-消毒”工艺（0.261元/m³）。研究所建立的运行参数体系，可为直接超滤工艺作为前置主处理单元的工程应用提供实验依据与技术支撑。
- 直接超滤 /
- 参数优化 /
- 高浊度水 /
- 产水水质 /
- 膜污染
Abstract: This study， conducted at the Haikou Jiangdong Water Plant， applied a direct ultrafiltration process to treat the Nandu River water for potable use. Pilot-scale experiments were performed to optimize key operational parameters， including filtration cycle， backwash regime， and chemical-enhanced backwash （CEB） dosing and frequency. Under the optimized condition， the study comprehensively evaluated treatment performance， membrane-fouling characteristics， and techno-economic outcomes. The results showed that with a filtration cycle of 90 min and a high-intensity， short-duration backwash regime （170 L/（m²·h） flux， 150 s air scouring， 10 s combined air-water top backwash， 10 s combined air-water bottom backwash）， together with CEB using 500 mg/L sodium hypochlorite at a frequency of 7 days， the system exhibited robust adaptability and stable performance across varying raw-water qualities. The system maintained regulatory-compliant effluent even when raw-water COD_Mn reached 7.01 mg/L during high-turbidity periods （≥50 NTU）. However， when raw-water COD_Mn approached 3.6 mg/L during low-turbidity periods （<50 NTU）， there was a potential risk of the effluent COD_Mn exceeding the applicable drinking-water standard. Over 42 days of operation， the transmembrane pressure increased by a cumulative 8.48 kPa but stabilized following a short-term high-turbidity perturbation. Membrane-fouling analyses confirmed that the optimized operating conditions effectively limited fouling and identified siliceous-aluminous inorganic residues as the primary irreversible foulant fraction. A techno-economic assessment indicated water production costs of RMB 0.226/m³ （low-turbidity） and RMB 0.243/m³ （high-turbidity）， both lower than the RMB 0.261/m³ estimated for a conventional coagulation-sedimentation-filtration-disinfection process. The operational-parameter framework established in this study provides experimental evidence and technical support for applying direct ultrafiltration as a primary pretreatment unit in engineering practice.
- direct ultrafiltration /
- parameter optimization /
- high-turbidity water /
- effluent quality /
- membrane fouling

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