Microfiltration:a Case study

　　摘要：美國(guó)北加州圣就斯(SanJose)自來(lái)水公司，面臨著美國(guó)及加州地表水處理規(guī)則(SWTR)的訂立的要求，要決定其現(xiàn)有的小型硅藻土水廠(chǎng)是廢棄或者改造。由于諸多環(huán)境、設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)和規(guī)則要求的種種關(guān)系，最后決定采用微濾(MF)設(shè)施，以替換掉原有硅藻土設(shè)施。該微濾設(shè)施規(guī)模5mgd（約18900m³/d），為美國(guó)當(dāng)前最大的微濾飲用水凈水廠(chǎng)。設(shè)施于1994年2月開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，截止到現(xiàn)在出廠(chǎng)水水質(zhì)良好，已超出SWTR的要求。本文敘述了此新型微濾凈水廠(chǎng)在設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)轉(zhuǎn)各方面的情況，并指出在選擇方案當(dāng)中，于各種因素上微濾都超過(guò)其他處理設(shè)施。

　　美國(guó)于1986年頒布了飲用水安全法，提出一系列新的規(guī)則，這些規(guī)則顯然的影響了美國(guó)水工業(yè)，這些地表水處理規(guī)則(SWTR)和推薦的加強(qiáng)地表水處理規(guī)則(ESWTR)要求增加對(duì)微污染物的去除和滅活的處理?？偞竽c菌條例(TCR)建立了對(duì)配水管網(wǎng)中的大腸菌更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)要求，另外還提出了消毒劑／消毒副產(chǎn)物條例，以限制消毒劑的投加量和限制多數(shù)消毒劑在飲用水中產(chǎn)生的副產(chǎn)物數(shù)量。這就使得水處理更難以達(dá)到SWTR、ESWTR和TCR的生物滅活的具體限制要求。
　　用常規(guī)處理給水設(shè)施對(duì)滿(mǎn)足于此新的飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求，顯然的更增加了困難。然而，膜工藝明顯的適于這些要求，且能達(dá)到將來(lái)預(yù)期的更嚴(yán)格的要求。例如，微濾(MF)和超濾(UF)就是能夠除掉賈第蟲(chóng)(Giardia)和大腸菌大于99.9%(3log)的篩分膜工藝。面對(duì)賈第蟲(chóng)及將來(lái)隱孢子蟲(chóng)去除或滅活需要，采用UF·MF和其他膜技術(shù)，只在單把通過(guò)過(guò)濾處理的情況下就能以增加病毒滅活或維護(hù)管網(wǎng)中剩余氯的消毒劑量。膜技術(shù)比之常規(guī)處理的其他優(yōu)點(diǎn)是，占地小、化學(xué)藥劑用的少，操作不復(fù)雜。
　　在美國(guó)多年來(lái)對(duì)膜過(guò)膜設(shè)施處理飲用水，以相當(dāng)大的興趣進(jìn)行研究應(yīng)用，對(duì)膜技術(shù)改善性能和減低造價(jià)上連續(xù)的取得新進(jìn)展。當(dāng)飲用水標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格要求，和膜工藝設(shè)施的建設(shè)投資及管理費(fèi)用與常規(guī)處理設(shè)施更為相等情況下，在選取處理設(shè)施方案時(shí)，膜技術(shù)更令人注目，特別是在處理設(shè)施產(chǎn)水量小于5mgd（約18900m³/d）時(shí)，尤其是這樣。
　　本文提出的是一個(gè)5mgd飲用水MF水廠(chǎng)，其產(chǎn)水水質(zhì)符合SWTR標(biāo)準(zhǔn)，且預(yù)期將來(lái)也會(huì)符合更嚴(yán)格的處理要求。方式為MF設(shè)備更換原有的硅藻土(DE)過(guò)濾設(shè)備的水廠(chǎng)，它是美國(guó)當(dāng)前最大的飲用水MF水廠(chǎng)。本文敘述了此MF新水廠(chǎng)設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)轉(zhuǎn)情況，且敘述了這個(gè)新水廠(chǎng)產(chǎn)水水質(zhì)完全達(dá)到加州SWTR和美國(guó)環(huán)保局SWTR的要求情況。又根據(jù)本實(shí)例中，MF設(shè)施超過(guò)其他處理設(shè)施的更為優(yōu)選的因素，提供了在美國(guó)使用MF的遠(yuǎn)景。
　　水廠(chǎng)掉換為MF設(shè)施
　　為了達(dá)到加州SWTR的水質(zhì)要求，圣一就斯(SJWC)自來(lái)水公司面臨著決定對(duì)這個(gè)1959年建立的5mgd薩拉托卡水廠(chǎng)(WTP)的合棄而改造的問(wèn)題。原有的硅藻土水廠(chǎng)(1)沒(méi)有提供滅活賈第蟲(chóng)應(yīng)有的足夠氯劑接觸時(shí)間(C×T)，(2)在薩拉托卡灣迂有暴風(fēng)雨當(dāng)中，不能有效的處理那時(shí)發(fā)生的高濁度原水，和(3)由于運(yùn)行多年過(guò)濾設(shè)備陳舊，產(chǎn)水量減退。
　　掉換為MF設(shè)施以解決上述問(wèn)題是符合邏輯的，且在原地上建設(shè)都能滿(mǎn)足環(huán)境、工程和運(yùn)行的要求。建設(shè)由1933年2月開(kāi)始，SJWC和咨詢(xún)工程師一起工作很快完成了設(shè)計(jì)。1993年夏季和秋季進(jìn)行了改善，安裝了MF設(shè)施及輔助設(shè)備。這個(gè)能供應(yīng)30000人用水的薩拉托卡水廠(chǎng)，由1944年2月以來(lái)，運(yùn)行非常成功。
　　偏遠(yuǎn)地區(qū)水源
　　薩拉托卡水廠(chǎng)水源引自麥克肯譯(Mckenzic)湖和薩拉托卡河，該河是加州舊金山市海港區(qū)內(nèi)的圣一克蘆滋山北坡的天然河流，麥克肯澤湖為一人工湖，容量7000萬(wàn)gL（26.5m³），湖內(nèi)不許可游泳或做水上運(yùn)動(dòng)，整個(gè)流域匯水面積接近9萬(wàn)平方英里，(23.31萬(wàn)平方公里)，其中空地占51%，私有地占41%，SJWC占地8%，這是一個(gè)沒(méi)有發(fā)展的偏遠(yuǎn)區(qū)域。
　　吸取由薩拉托卡河到國(guó)會(huì)引水渠進(jìn)水口(Congress Springs intake)的原水，在薩拉托卡水廠(chǎng)處理。薩拉托卡河水水質(zhì)好，總有機(jī)碳(TOC)一般<2mg/L，總堿150-200mg/L（以CACO₃計(jì)）和總?cè)芙夤腆w250-300mg/L。1至6月，水廠(chǎng)正常運(yùn)行時(shí)，水溫5-15℃。水質(zhì)情況示于表1。

　　*一鉑鈷單位（標(biāo)準(zhǔn)法2120－B）
　　暴風(fēng)雨時(shí)受極大的徑流影響，水源原水變濁，在1944年迂到此種原水的季節(jié)中，原水從<1ntu猛增到約250ntu（圖1）。暴風(fēng)雨時(shí)薩拉托卡濁度急速增大，而當(dāng)徑流減退時(shí)，濁度降為5－10ntu。
　　原水濁度變化使得薩拉托卡水廠(chǎng)舍棄了原有的硅藻土設(shè)備。當(dāng)原水濁度>5ntu時(shí)，舊的硅藻土設(shè)備就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在暴風(fēng)雨和河內(nèi)水流大的當(dāng)中，水廠(chǎng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，直到原水濁度恢復(fù)到處理標(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi)才開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。迂到這個(gè)季節(jié)硅藻土水廠(chǎng)約有35天不能運(yùn)轉(zhuǎn)（或六個(gè)月中的一個(gè)月）。表2示出有代表性的150天處理季節(jié)當(dāng)中（和1994年處理季節(jié)當(dāng)中），原水大于5ntu的天數(shù)。1994年處理季節(jié)比一般的短些(120天)，它有47天原水濁度大于5ntu。1994年當(dāng)中，新的MF設(shè)施在整個(gè)原水濁度范圍內(nèi)能以運(yùn)轉(zhuǎn)，且尚有增加原水量的優(yōu)點(diǎn)。
　　自從1990年1月開(kāi)始，從薩托卡河所取的水樣，每星期用最大可能法(most probable numbei)檢測(cè)大腸菌。如表3所示，中間月份總大腸菌小于1000/100mL，合乎美國(guó)環(huán)保局對(duì)薩拉托卡水廠(chǎng)的合乎最低水質(zhì)要求。就是這種情況下，水廠(chǎng)用這種水源不能要求處理賈第蟲(chóng)減低到大于3log、病毒減低到4log的目標(biāo)。

　　四種處理方案
　　1992年10月，咨詢(xún)單位完成了薩拉托卡水廠(chǎng)于符合SWTR下，采用不同處理技術(shù)的評(píng)估。共考慮了四種主要處理技術(shù)，為硅藻土過(guò)濾、兩級(jí)過(guò)濾、MF和UF，提出了對(duì)這四種處理技術(shù)的造價(jià)、符合規(guī)定、操作和設(shè)施地點(diǎn)（即在環(huán)境和設(shè)計(jì)方面的可能性）評(píng)估的結(jié)果。
　　因?yàn)樗畯S(chǎng)設(shè)在圣一克盧滋山的窄狹地區(qū)，對(duì)原有150m²（1600平方英尺）的建筑或增加結(jié)構(gòu)物排除在外。增加的設(shè)施項(xiàng)目要有如下限制：
　　*清水池容量（氯劑接觸時(shí)間少于15min）
　　*暴風(fēng)雨當(dāng)中原水濁度值(>100ntu)
　　*需要自動(dòng)化（手動(dòng)以外）操作
　　*儲(chǔ)存和脫水藥劑淤泥地方無(wú)和
　　*設(shè)計(jì)和建設(shè)處理設(shè)施壓縮(12－月)程序

　　*大腸菌發(fā)酵技術(shù)（標(biāo)準(zhǔn)法9221-8）
　　水廠(chǎng)地勢(shì)窄狹需用非常規(guī)的處理設(shè)施，用最少接觸時(shí)間除掉賈第蟲(chóng)。當(dāng)所有適于窄狹廠(chǎng)地的設(shè)施考慮完畢后，選中的MF設(shè)施的總費(fèi)用要與常規(guī)處理設(shè)施相當(dāng)。四種處理設(shè)施方案的基建投資及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的比較示于圖2。各設(shè)施項(xiàng)目的主要內(nèi)容載于表4。硅藻土過(guò)濾和兩級(jí)過(guò)濾設(shè)施的投資都包括采用臭氧和慣例設(shè)備的費(fèi)用。MF設(shè)施包括添置的四座MF膜設(shè)備的費(fèi)用。其現(xiàn)有造價(jià)共400,000美元，膜壽命設(shè)定6年。

　　所選MF設(shè)備結(jié)構(gòu)密實(shí)，為約0.2um構(gòu)件，它能以消除賈第蟲(chóng)到3log，而無(wú)需藥劑預(yù)處理或最后消毒。加州保健單位(DHS)保證能除到0.5log病毒之下，處理水管道和1300m³(348000gl)無(wú)隔墻清水池對(duì)余留的3.5log病毒滅活，提供符合C×T要求的足夠接觸時(shí)間。采用MF還由于以下其他因素。
　　*在基建投資方面，與硅藻土過(guò)濾和兩級(jí)過(guò)濾相比，用MF膜設(shè)施增加的費(fèi)用，可以避免將來(lái)水廠(chǎng)為滿(mǎn)足新規(guī)定要求提高水質(zhì)所需的投資來(lái)補(bǔ)償。
　　*MP設(shè)施自動(dòng)運(yùn)行，可用最少人力管理，原水濁度大時(shí)，不需改善處理設(shè)備，設(shè)備也不需要加強(qiáng)管理能正常運(yùn)行。
　　*MF濾出水水質(zhì)與原水水質(zhì)無(wú)關(guān)*MF濾出水能滿(mǎn)足將來(lái)更嚴(yán)格的水質(zhì)要求標(biāo)準(zhǔn)。
　　*MF設(shè)施設(shè)計(jì)嚴(yán)密，可使設(shè)置在結(jié)構(gòu)物之中，使占用場(chǎng)地面積達(dá)到最小。
　　*由于不用混凝劑或助凝劑，剩余污泥量減到最小，對(duì)在將來(lái)控制消毒付產(chǎn)物(DBP)上也有一定好處。例如，它可能在達(dá)到C×T符合要求以后，把自由氧轉(zhuǎn)換成氯胺。這個(gè)設(shè)施另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能以處理多變化和經(jīng)常出現(xiàn)的高濁度原水。由于新設(shè)施比舊有設(shè)備能處理更多的原水，這就使得STWC增加了收入。最后考慮的是該設(shè)施合乎標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備和操作條款。該設(shè)施從設(shè)計(jì)、建造到開(kāi)始運(yùn)行，在12個(gè)月時(shí)間內(nèi)快速完成。
　　水廠(chǎng)類(lèi)型－六個(gè)MF單元
　　水廠(chǎng)設(shè)計(jì)采用直流(direct flow)或死頭(dead end)模式的六座由制造廠(chǎng)裝備好了的微濾(MF)單元。每個(gè)單元擁有90個(gè)壓力容器組件。每個(gè)組件含有10m²空心纖維膜的表面積。此聚丙烯膜額定孔眼尺寸為0.2nm。

　　MF設(shè)備設(shè)計(jì)水流的流動(dòng)量至少為0.64gpm/m²(0.17m/h)，日產(chǎn)水量5mgd（約1.9m³/d）。預(yù)處理設(shè)計(jì)用兩臺(tái)380um(40×40篩眼)連續(xù)清除篩網(wǎng)機(jī)，以欄住大的顆粒，免使濾膜受損，這些顆粒能以被堵在膜外圍的粗網(wǎng)上或夾在中空纖維中間。設(shè)施操作的穿過(guò)膜壓力為2-20psi(0.14-1.4kg/cm²)。用兩臺(tái)1750gpm(6.63m³/min)變速原水泵，以24psi（約1.7 kg/cm²）壓力唧水。圖3為水廠(chǎng)工藝程序圖。
　　水通過(guò)膜積累的水頭損失，經(jīng)常用自動(dòng)空氣反沖來(lái)擺脫。90psi（約6.4 kg/cm²）壓縮空氣由入膜的一側(cè)，穿過(guò)膜孔纖維部件快速膨脹，使膜孔上的堆積物疏松，以后用小量的濾過(guò)水沖洗孔眼。因?yàn)樵|(zhì)是高質(zhì)量的（代表性濁度<5ntu），水頭損失增長(zhǎng)慢，沖洗水量平均為供水的1%。濁度大時(shí)增為供水的7%。反沖洗后的水流到320,000gaL（約1200 m³）的沉淀坑中澄清，反流回原水進(jìn)水口，不讓反沖洗水流入薩拉托卡河。
　　在用空氣反沖不能將堵塞的生物和有機(jī)物完全除掉時(shí)，需要間隔的用化學(xué)藥劑清洗MF膜，采用分隔的就地清洗(CIP)設(shè)備清除，藥劑用1%氫氧化鈉和用預(yù)熱到100F（約38℃）的表面沖洗劑溶液。當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求CIP容器和管子密封和檢漏雙重標(biāo)準(zhǔn)。CIP必須由操作人開(kāi)動(dòng)，和加州保健單位要求在每座MF設(shè)備上安裝一個(gè)閘門(mén)，以減少十字接頭(cross connecfion)潛在壓力。在首先開(kāi)動(dòng)的一段時(shí)間當(dāng)中，CIP棄水作為廢水由商家處理和回收部門(mén)排除。將來(lái)?xiàng)壦畡t以固定管連接排到衛(wèi)生排放渠，隨后用檸檬配中和到pH為7。排除棄水定量<3500gL/月（約13m³/月）。

　　每一MF單元有1200多O－型墊圈和封口，必須進(jìn)行膜的安全試驗(yàn)，以核實(shí)此過(guò)濾屏蔽維護(hù)好壞。MF設(shè)備基于下列原則進(jìn)行膜整體自動(dòng)試驗(yàn)，即在膜損壞有漏泄以前，氣壓必須克服毛細(xì)管阻力。試驗(yàn)當(dāng)中，氣體以低壓15psi（約1.06kg/cm²）在毛細(xì)管阻力始沸點(diǎn)(bubble point)以下作用到膜。用此壓力，整體膜顯示壓力衰減<0.5psi/min(0.035 kg/cm²·min)。
　　試驗(yàn)也檢查圍繞空心纖維束末端的O－型墊圈、閥裝置和封口組件等由于損傷出現(xiàn)的氣體外漏狀況。如果壓力損傷率超過(guò)預(yù)定要求，則發(fā)出音響檢定的警告信號(hào)或者損傷MF設(shè)備自動(dòng)關(guān)閉。用于MF的此種檢定每4小時(shí)自動(dòng)動(dòng)作一次，且每當(dāng)操作者開(kāi)動(dòng)時(shí)，也自動(dòng)動(dòng)作一次。此總體檢定是對(duì)過(guò)濾間隔顆?！?jì)數(shù)分析的補(bǔ)充。
　　每個(gè)MF設(shè)備為他們自己的程序邏輯控制器(PLCs)控制，它與主PLC和遠(yuǎn)方遙控設(shè)備相連。輔助設(shè)備（高壓空氣壓縮器、乾燥器、原水泵、反沖洗水回收泵及PLC設(shè)備）為主PLC控制和監(jiān)視，這就使得SJWC得以從主操作中心監(jiān)視進(jìn)行程序和發(fā)出警報(bào)，而不需要有人在整個(gè)時(shí)間內(nèi)看管。主控制程序調(diào)節(jié)一切反沖洗和流量控制程序。主操作程序設(shè)計(jì)從薩拉托卡河抽取原水，抽取量從Imgd（約0.38萬(wàn)m³/d）到最大的5mgd（約1.9萬(wàn)m³/d）。
　　建設(shè)需要緊密配合
　　購(gòu)貨簽字以后，建造根據(jù)建設(shè)程序于12個(gè)月內(nèi)完成。整個(gè)投資費(fèi)用約350萬(wàn)美元，其中150萬(wàn)美元為由澳大利亞購(gòu)置MF設(shè)備費(fèi)用及運(yùn)費(fèi)。由于建筑物密集和建設(shè)日期短，所以施工時(shí)要在現(xiàn)場(chǎng)的5個(gè)建設(shè)群中緊密配合。
　　另外，MF單元及管道的安裝，建造計(jì)劃還要包括一些加到MF與非MF有關(guān)的改進(jìn)措施。
　　MF有關(guān)的改進(jìn)措施
　　*建筑平板以灰漿穩(wěn)定放置。
　　*連續(xù)清洗篩網(wǎng)安裝。
　　*安裝3500gL（約13m³）CIP設(shè)備，替換原有的壓力容器。
　　*建造消能器以及建造回收池和管道，擴(kuò)大反沖洗水沉淀溝。
　　*加大過(guò)濾水管直徑，以限制反沖壓力。
　　非MF有關(guān)的改進(jìn)措施
　　*拆掉舊有硅藻土濾站和設(shè)備。
　　*掉換原水泵和管道
　　*加強(qiáng)進(jìn)水構(gòu)造
　　*取消加氯機(jī)，換上氫氧化鈉消毒設(shè)備。
　　在進(jìn)行建設(shè)前，需要解決一些問(wèn)題。第一是，由于加州漁業(yè)和運(yùn)動(dòng)主管單位不允許在薩拉托卡河從事工程，所以水廠(chǎng)建設(shè)工程和原水進(jìn)水口修整必須限定在接近支流沿岸。第二是，由于水廠(chǎng)場(chǎng)地所在薩拉托卡地區(qū)的城市已制定出對(duì)新建筑建設(shè)，有一個(gè)擴(kuò)充計(jì)劃。所以原有濾池附屬設(shè)備（水泵、壓力容器和管道）的拆除和新濾池建設(shè)，僅能夠在原有建筑及原有其他外部設(shè)備所在的場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行。第三是，由于新設(shè)備電力供應(yīng)需要大的變動(dòng)，要得到城市許可供應(yīng)。
　　MF設(shè)備分兩層安裝
　　原有40×40英尺(12.2×12.2m)金屬建筑物安置于鋼筋混凝土板上，建筑物有不同高度的兩層，MF設(shè)備有四組安裝在上層，兩組安裝在下層，以及電力分配設(shè)備中心、計(jì)算機(jī)控制（包括主PLC）、空氣壓縮器及壓縮空氣槽口所有設(shè)備都有新支柱，以更有力的分散振蕩力。
　　上層需要將裂縫混凝土的地方修補(bǔ)。修補(bǔ)工程結(jié)合新過(guò)濾器和反沖管道的安裝進(jìn)行。在管道安裝完成以后，每個(gè)5噸重MF設(shè)備用平板車(chē)從8×8×20英尺(2.4×2.4×6.1m)裝箱內(nèi)吊出，運(yùn)到安裝MF設(shè)備地點(diǎn)。運(yùn)到安裝地點(diǎn)需經(jīng)過(guò)兩個(gè)原有滑動(dòng)通道。最不利情況要用滑輪、千斤頂、橇棍和滑車(chē)，移動(dòng)大于25英尺(7.6m)的MF設(shè)備。
　　所有MF設(shè)備就位需要用5天時(shí)間。因?yàn)榘惭b廠(chǎng)地有限，放置大型設(shè)備（如空氣壓縮機(jī)、空氣乾燥機(jī)、空氣槽和電氣開(kāi)關(guān)傳動(dòng)設(shè)備）及其他內(nèi)部設(shè)施，施工安排是困難的。連接管道到6個(gè)MF設(shè)備的每一個(gè)MF設(shè)備的15個(gè)接頭，必須滿(mǎn)足美國(guó)職業(yè)安全健康協(xié)會(huì)(OSHA)的要求和水廠(chǎng)廠(chǎng)內(nèi)鋪管規(guī)定。另外，船運(yùn)的MF設(shè)備限定的一些內(nèi)部管道要在現(xiàn)場(chǎng)安裝，和制造廠(chǎng)特定的隔離振動(dòng)，需要每個(gè)處理單元在現(xiàn)場(chǎng)安設(shè)8個(gè)膨脹接口。這些接口也提供構(gòu)造容許公差，以應(yīng)付極瑞密集場(chǎng)所工作條件，和為預(yù)期減少地震搖動(dòng)，提供釋放壓力。
　　原水進(jìn)水井恢復(fù)
　　原有原水進(jìn)水井結(jié)構(gòu)物為10英尺(3m)園井，有10英尺(3m)長(zhǎng)度坡形管伸到河底，該井自建造以來(lái)已經(jīng)移位和損壞。為將此進(jìn)水井頂回并使成圓形，且用支撐保持進(jìn)水井的園形。安裝一個(gè)新的鋼支撐木平臺(tái)，為其他設(shè)備的安裝提供一個(gè)安全工作平面。
　　兩個(gè)新原水泵安裝在建于河岸上的混凝土墊板上。一個(gè)伸展的金屬粗濾器連接于每一進(jìn)水管管底，以阻止大形雜物（樹(shù)葉等）進(jìn)水原水管，進(jìn)入粗濾器的砂子和葉子等，用每個(gè)水泵的粗濾器本身的40目清洗設(shè)施除掉。間隔的將一部分粗濾器雜物用水沖洗，使流到反沖水沉淀池中去。粗濾器對(duì)非生物物質(zhì)去除效果很好，但如果有藻類(lèi)則容易將粗濾器堵塞。
　　增大反沖洗水沉淀池容積
　　原有反沖洗水容積增大到320,000gL(1200m³)，因此池子需挖深并將飽和硅藻土移走。新沉淀池將細(xì)的分散固體沉淀，至少要有24小時(shí)沉淀時(shí)間。沉淀池北部安裝一個(gè)反沖洗水能量消除器，以使固體再浮起的可能性減至最低。沖洗水進(jìn)入能量消除器時(shí)，流速高達(dá)12英尺／秒(3.6m/s)以上。能量消除器為就地構(gòu)筑的混凝土構(gòu)件，在頂部有簾格進(jìn)口。
　　反沖洗回流泵井用8英寸(0.2m)徑波形金屬管制成，并固定在混凝土板上，有4個(gè)1.3平方英尺(0.012m²)篩網(wǎng)進(jìn)口放在管道內(nèi)，進(jìn)口高于池底8英尺(2.4m)，比最低水位低1英尺(0.3m)。在反沖洗井內(nèi)的兩個(gè)潛水泵，用來(lái)將反沖洗水的沉淀水，唧回原來(lái)進(jìn)水開(kāi)中。
　　改進(jìn)景觀(guān)和安全
　　一切構(gòu)造完成以后，水廠(chǎng)和附屬管道外部涂成灰綠色，以與當(dāng)?shù)刂参锘斐梢簧?。舊的圍檢欄和圍墻都拆除，裝上新的圍欄增強(qiáng)外觀(guān)，并增加廠(chǎng)地的安全。
　　由于氫氧化鈉和CIP溶液會(huì)濺上眼睛，OSHA規(guī)則要求安裝一個(gè)小型水壓設(shè)備，以供保護(hù)眼洗眼之用。壓力設(shè)備放在舊有壓力設(shè)備的位置。舊的壓力設(shè)備被除掉，在原地裝上新的小型水壓容器，來(lái)滿(mǎn)足城市要求的無(wú)視覺(jué)刺激的規(guī)定。
　　CIP溶液存儲(chǔ)于雙重墻的3500gL(13.2 m³)的容器中，安放在原支撐舊壓力容器的鞍座上，從容器伸出管子附到建筑外部，綠以灰綠色。
　　水廠(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)前培訓(xùn)
　　MF設(shè)施設(shè)計(jì)高超且機(jī)械復(fù)雜。約需有40個(gè)小時(shí)講課和現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，使操作人能以執(zhí)行必要的設(shè)施功能、了解特定警報(bào)并改正誤操作。廠(chǎng)方代表要在開(kāi)始運(yùn)行前的60天，在現(xiàn)場(chǎng)解決困難的問(wèn)題并提供附加的培訓(xùn)。
　　水廠(chǎng)開(kāi)動(dòng)MF要付出極大勞動(dòng)強(qiáng)度。顯然要努力進(jìn)行一個(gè)艱難的程序是，需要對(duì)數(shù)據(jù)通道通訊開(kāi)展PLC聯(lián)系，和大量控制各種功能的數(shù)據(jù)（即正常過(guò)濾、反沖洗、膜重新供水、膜整體試驗(yàn)和CIP操作），要求數(shù)據(jù)通道運(yùn)行流暢。它要用約一個(gè)月時(shí)間調(diào)整數(shù)據(jù)通道。在這大部分操作水中，水廠(chǎng)用恒定水流通過(guò)每一MF設(shè)施，進(jìn)行手動(dòng)操作。
　　由于這是廠(chǎng)家第一個(gè)用這種PLC設(shè)備的多單元裝備，需要調(diào)整一些設(shè)備和程序來(lái)保證有效的操作。例如，閥門(mén)定位計(jì)安裝在原水供水閥上以控制進(jìn)水量。第二次再供水階段(rewet step)取消以避免雜亂警報(bào)、反沖洗規(guī)定時(shí)間調(diào)整以減少反沖洗管不能接受的波動(dòng)壓力，和水流斜變率計(jì)算變更以更的反應(yīng)水流條件。
　　每一MF設(shè)施在裝船前由工廠(chǎng)做過(guò)試驗(yàn)，在薩拉托卡水廠(chǎng)安裝后再對(duì)膜裝備進(jìn)行整體試驗(yàn)。試驗(yàn)表明過(guò)濾設(shè)備完好無(wú)損，水廠(chǎng)并作好建成后運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備。然而，應(yīng)加以注意的，在已經(jīng)做了最后調(diào)整當(dāng)時(shí)，水廠(chǎng)還應(yīng)進(jìn)行過(guò)濾直到排水整個(gè)操作運(yùn)行，其中包括膜組件音響試驗(yàn)、封閉表面校核和其他設(shè)備核準(zhǔn)。但O—環(huán)和閥座失敗率仍沒(méi)有確定。總之，根據(jù)SJWC經(jīng)驗(yàn)，此設(shè)備是差誤極少的。
　　設(shè)計(jì)的此設(shè)施，每日操作時(shí)間比常規(guī)水廠(chǎng)少，原因是此設(shè)施為自動(dòng)操作和不需藥劑調(diào)整設(shè)備。由于SJWC能從主操作中心監(jiān)視和給以警報(bào)，巡視員僅需間隔到現(xiàn)場(chǎng)，做設(shè)備的目視核查，執(zhí)行很少維護(hù)或很少藥劑清洗工作。在班8小時(shí)就只要不到1個(gè)小時(shí)的工作。CIP操作每個(gè)月約用10個(gè)小時(shí)。水廠(chǎng)操作人員常做的工作包括：
　　*儀表校準(zhǔn)和常規(guī)故障維護(hù)，
　　*CIP機(jī)能的手動(dòng)操縱（1.5小時(shí)／單元），
　　*進(jìn)水結(jié)構(gòu)物篩網(wǎng)清洗，
　　*進(jìn)水井中雜物清除，
　　*380um篩網(wǎng)手動(dòng)清洗（暴風(fēng)雨徑流時(shí)期），
　　*濾水開(kāi)啟隔離閥手動(dòng)操作以控制MF水量，
　　*膜組件的音響檢定，從自動(dòng)膜整體檢定顯示，
　　*將破裂膜纖維予以隔離。
　　根據(jù)全部運(yùn)行小時(shí)計(jì)算，膜的使用壽命預(yù)期為5－7年。在常規(guī)膜更換當(dāng)中，不期望將設(shè)施壓力容器移出MF單元。膜更換包括在每一單元上的90個(gè)壓力容器的移動(dòng)和卸移。壓力容器成排栓在一起約5英尺(1.5m)寬、5英尺(1.5m)、高和15英尺(4.6m)長(zhǎng)。為完成復(fù)元頭部設(shè)備和替換膜，全排要移動(dòng)。廠(chǎng)家調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備支架，只要從設(shè)備后方移動(dòng)，移動(dòng)管道可減至最小。MF設(shè)施在舊建筑內(nèi)定位，使得能以通過(guò)濾站墻內(nèi)控制盤(pán)成排移走。
　　當(dāng)1995年水廠(chǎng)以全部產(chǎn)水量運(yùn)行時(shí)期，SJWC決定計(jì)算薩拉托卡水廠(chǎng)詳細(xì)運(yùn)行費(fèi)用。到現(xiàn)在為止，運(yùn)行管理表明用化學(xué)藥劑清洗次數(shù)比預(yù)計(jì)的少，然而用電量高，這是因?yàn)樾枰S持支管壓力穩(wěn)定，即使在反沖時(shí)也需這樣。雖然CIP在開(kāi)始運(yùn)行的一段時(shí)期，約8星期清洗一次，但這時(shí)候產(chǎn)水量比一般低，濁度也低。1995年產(chǎn)水量加大，又經(jīng)常于有暴風(fēng)雨，原水濁度變大。濁度主要帶有無(wú)機(jī)泥土，使得CIP需約5星期清洗一次。但由于以后O—環(huán)損壞或膜纖維破裂，增加勞動(dòng)力費(fèi)用和減少產(chǎn)水量的損失，在此時(shí)不好計(jì)算費(fèi)用。
　　處理水符合SWTR規(guī)定
　　MF設(shè)施現(xiàn)今為加州SWTR明確使用的一種過(guò)濾技術(shù)。由于此原因加州KHS需要說(shuō)明用MF設(shè)施對(duì)去除葛第蟲(chóng)和病毒的效果。根據(jù)1991-92南加州都市供水區(qū)(MWDSC)的論證研究，DHS承認(rèn)了這樣事實(shí)，薩拉托卡水廠(chǎng)能除掉99.9%(3-log)葛第蟲(chóng)及68.4%(0.5-log)病毒。
　　由于MWDSC的研究，得出該設(shè)施可為最大流量0.5gpm/m²(0.11m³/n.m²)和最大轉(zhuǎn)移壓力(TMP)15psi(1.05kg/cm²)。DHS要求再增加這種論證，即薩拉托卡水廠(chǎng)要提出能以在0.64gpm/m²(0.17m³/n.m²)和20psi(1.4kg/cm²)的情況下，去除以上所論述的葛第蟲(chóng)和病毒的狀況。SJWC尋求DHS對(duì)通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)研究的這些運(yùn)行條件的認(rèn)證。此研究是作為AWWA研究基礎(chǔ)膜研究項(xiàng)目的一部分，而進(jìn)行的濾站和微生物免疫性試驗(yàn)的。此研究項(xiàng)目包括美國(guó)和法國(guó)從不同水源所做的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)，其中也含有SJWC用薩拉托卡河水做的地表水試驗(yàn)。研究的一個(gè)具體目的是說(shuō)明天然水和特異水源的葛第蟲(chóng)、隱孢子蟲(chóng)和病毒以log計(jì)數(shù)的去除情況。初步得出的數(shù)據(jù)示出，運(yùn)用MF設(shè)施在不降低高流速和傳送膜壓力的情況下，能達(dá)到去除葛第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)>6-log的效果。
　　MF設(shè)施過(guò)濾匠優(yōu)越性
　　對(duì)常規(guī)處理設(shè)施來(lái)說(shuō)，SWTR要求每月過(guò)濾水濁度95%達(dá)到0.5ntu。DHS對(duì)薩拉托卡水廠(chǎng)更有嚴(yán)格要求(≤0.2ntu)。按照這種要求的資料以表5所示的過(guò)濾水濁度值示出。表5所有資料都比要求的數(shù)值低。

×　水面散射
+　連續(xù)90°光散射
≠　ND—無(wú)數(shù)據(jù)
§　NS—無(wú)標(biāo)準(zhǔn)

　　薩拉托卡水廠(chǎng)過(guò)濾水質(zhì)從第一天運(yùn)行起就是優(yōu)質(zhì)的。如圖1和表5所示，過(guò)濾水質(zhì)在不論原水濁度是如何情況下，都是≤0.2ntu。運(yùn)行的第4天，原水濁度高達(dá)250ntu，濾出水濁度為<0.1ntu。甚至如此，MF設(shè)備運(yùn)行效果還是繼續(xù)提高，每日濾出水濁度都穩(wěn)定在約0.03ntu。這是推算可能的數(shù)字，因?yàn)樾履と冀袼⒈ＷC新膜和封新閉表面完整、清洗空氣設(shè)備及附著細(xì)小顆粒的需要時(shí)間。

　　顆粒計(jì)數(shù)幫助分析
　　對(duì)極低濁度的過(guò)濾水的濁度，在膜完整性(membrane integraty)上沒(méi)定出決定性的指標(biāo)。所以，要在每一MF設(shè)備上進(jìn)行膜完整性的試驗(yàn)。SJWC采用現(xiàn)場(chǎng)顆粒計(jì)數(shù)作為過(guò)濾水質(zhì)和膜完整性的附加指標(biāo)。設(shè)備采用雙——傳感器以檢測(cè)從2到400um分為四個(gè)擋范圍的原水和濾出水顆粒。
　　如圖4所示，在各個(gè)MF設(shè)備濾出水取樣時(shí)，在濾出水中計(jì)算4-10um顆粒個(gè)數(shù)，代表性數(shù)目為<1個(gè)/mL。水樣由綜合濾池——出水管中取得。水樣計(jì)數(shù)總是高一些，估計(jì)可能是由于反沖混雜空氣和管內(nèi)壁表面上生物膜形成（未進(jìn)行初步消毒）的原故。在任一情況下，4-10um顆粒能除到于3-log。
　　圖5示出，于MF單元在流速0.17m/h(0.64gpm/min)和0.88kg/c m² (12.5psi)TMP時(shí)的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，由綜合的濾池——濾出水管中取樣，水中4-10um顆粒計(jì)數(shù)狀況。這些數(shù)據(jù)表明，在最大濾速時(shí)沒(méi)有全部消除顆粒。甚至于從綜合的濾池——濾出水管中取樣，還示出極少的顆粒計(jì)數(shù)(<1個(gè)/mL)。當(dāng)從每個(gè)MF單元濾出水管取樣時(shí)，顆粒計(jì)數(shù)<0.2個(gè)/mL。
　　圖5示出，甚至當(dāng)原水濁度極低和顆粒極少（各自為0.75ntu和1500個(gè)/mL）時(shí)，4-10um顆粒能除到>3-log。在運(yùn)行第一時(shí)期，顆粒計(jì)數(shù)在廣范圍的運(yùn)行條件下，以同樣結(jié)果取得數(shù)據(jù)。
　　從顆粒計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)看出，濾出水中顆粒數(shù)目多寡，不受原水中的顆粒數(shù)目含量的影響。當(dāng)原水顆粒數(shù)目增大時(shí)，MF設(shè)備去除log效果也增加，這結(jié)果表示用MF設(shè)備過(guò)濾有絕對(duì)屏障。對(duì)>100.000個(gè)/mL顆粒的高濃度水，MF能去除顆粒達(dá)到<5-log。可預(yù)見(jiàn)到將來(lái)對(duì)高濁度水，用MF設(shè)備能達(dá)到高log去除的目的。

　　從在原水的和濾出水的大腸菌分析上，證實(shí)MF設(shè)備能提供絕對(duì)的過(guò)濾屏障。在通常的任何運(yùn)行條件下，都不會(huì)從濾出水中檢查出大腸菌或是糞便性大腸菌群。在這些分析中指出，所取檢查的濾出水水樣，是原水大腸菌經(jīng)常大于1600個(gè)/mL，和濾出水樣于投加次氯酸鹽前取得的。
　　達(dá)到消毒要求標(biāo)準(zhǔn)的工藝處理
　　采用全部0.2-um MF過(guò)濾工藝，對(duì)賈第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)的去除，提供了絕對(duì)的保證屏障。用這種工藝，可達(dá)到去除孢子的需要，而不用消毒，這就加強(qiáng)了對(duì)如隱孢子蟲(chóng)等病原菌去除并摒棄了化學(xué)消毒劑的可貴關(guān)系。
　　采用SWTR，一切處理要求(3-log賈第蟲(chóng)去除和4-log病毒去除)和過(guò)濾工藝必須通過(guò)消毒過(guò)程以滿(mǎn)足滅活要求的中間有差異根據(jù)DHS去除條件，薩拉托卡水廠(chǎng)僅能滅活病毒3.5-log，這就需要投加約1mg/L次氯酸鈉（自由氯）至出水管中，以完全全部滅活之用。
　　根據(jù)SWTR明確的C×T原則，提出其對(duì)消毒的贊譽(yù)評(píng)價(jià)。圖6繪出水廠(chǎng)所有計(jì)算出的C×T值和需要的C×T值。將濾站接觸時(shí)間斷開(kāi)，進(jìn)而得到16英寸(0.4m)徑、長(zhǎng)1800英尺(550m)管至清水池間的C×T值和管線(xiàn)和清水池合在一起的C×T值。圖上所示的1944年處理時(shí)期需要的C×T值，都只是與管線(xiàn)接觸時(shí)間所得的值。
　　薩拉托卡水廠(chǎng)沒(méi)有對(duì)DBP（消毒副產(chǎn)物）的形成做過(guò)研究。原水TOC低為2mg/L，和用此水源的管網(wǎng)中的總?cè)u甲烷(TTHM)典型的為40-50mg/L。用此水源的管網(wǎng)上的TTHM和過(guò)去DE水廠(chǎng)運(yùn)行時(shí)期的TTHM相比，沒(méi)有明顯的減少。每月從原水和濾出水取樣檢驗(yàn)，MF設(shè)備去除的TOC最低。氯胺和自由氯短暫接觸或用紫外線(xiàn)照射的消毒，在為了達(dá)到將來(lái)要求的飲用水標(biāo)準(zhǔn)，是進(jìn)一步減低DBP的最好方法。

　　匯總
　　薩拉托卡水廠(chǎng)的MF設(shè)備已顯示出，其對(duì)不同水源，有時(shí)對(duì)高濁度水的水源，有著產(chǎn)出高質(zhì)量水的過(guò)濾性能能力。在規(guī)章制度觀(guān)點(diǎn)上，MF水廠(chǎng)產(chǎn)水水質(zhì)已超過(guò)了SWTR要求的水質(zhì)，且還會(huì)極有可能超過(guò)將來(lái)要求過(guò)濾水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于MF有效的去除賈第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)，薩拉托卡水廠(chǎng)使用的膜工藝，已經(jīng)使得能以達(dá)到SJWC規(guī)定的對(duì)群眾健康要求的水質(zhì)。加之，雖然MF還采用著小劑量的消毒劑，但SJWC還能夠?qū)ο緞└懂a(chǎn)物控制。
　　從運(yùn)行的觀(guān)點(diǎn)看，由于MF設(shè)備能以處理高濁度水及不同水源的水，使得它能多產(chǎn)水。加之，設(shè)備有著全套PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)和監(jiān)督控制，以及數(shù)據(jù)捕獲遙控技術(shù)，使能以在運(yùn)行上維護(hù)減至最低且消除了操作人員需要全部時(shí)間都在現(xiàn)場(chǎng)的必要。在第一年運(yùn)行當(dāng)中，原水濁度低，使膜消除間隔時(shí)間大于8個(gè)星期。雖然處于水源為高濁度和產(chǎn)水量大的時(shí)期，清洗膜間隔時(shí)間有2-3星期，但SJWC沒(méi)有感覺(jué)到困難。
　　MF設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行上和經(jīng)濟(jì)上的情況還沒(méi)有得出結(jié)論。主要的問(wèn)題是膜的替換年限不定（膜的使用期是否能達(dá)到5-7年）。加之MF設(shè)備機(jī)件復(fù)雜，它有著100個(gè)自動(dòng)閥門(mén)和多于7000個(gè)要用O－環(huán)或墊圈水封的連接裝置。因此在做出長(zhǎng)期運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用以前，要有足夠的實(shí)際經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。由于這些理由，即使采用大些規(guī)模的MF設(shè)備(>5mgd即>19000m³/d)，還需仍舊只限制在特殊環(huán)境和窄狹地點(diǎn)上使用，情況和薩拉托卡水廠(chǎng)一樣。