抗污染超滤膜在电厂中水回用中的应用.doc

抗污染超滤膜在电厂中水回用中的应用摘要：目前，由于水资源的日渐匮乏，国家对洁净水资源的控制越来越严格，城市中水作为稳定的水源备受重视，逐渐成为火电厂等用水大户的重要水源超滤技术由于本身具有的优异分离效果，广泛应用于城市中水深度处理与电厂的回用中本文详细介绍了龙源抗污染超滤膜及某进口品牌超滤膜在国电大武口热电有限公司中水回用工程中的应用，介绍了该工程中超滤系统的运行情况，并对超滤系统的清洗状况作出分析对比，总结了抗污染超滤膜在废水资源化领域应用的优势关键词： 超滤 中水回用 龙源膜 抗污染0 引言城市中水是指城市生活污水经处理达到一定的水质标准后，可在一定范围内重复使用的非饮用杂用水我国人均淡水资源匮乏，北方地区尤甚，人均水资源占有量远低于国际标准在国家提倡节能减排的大环境下，电厂等用水大户的水资源使用量受到较大限制城市中水由于具有水质水量基本稳定、再处理方法较为简单的特点，逐渐成为电厂等用水大户的重要水源这大大推动了废水资源化技术成熟与发展，而废水资源化技术的发展带动了膜分离技术特别是超滤技术在我国的推广与普及目前，超滤技术在我国发展迅速，应用领域不断增加，废水资源化领域是其中的重要部分。

但由于城市中水中含有大量的有机物及污染物质，易造成超滤膜污染加剧而影响其使用效果与寿命，给超滤技术的应用提出了新的挑战本文根据实际案例，介绍了国电大武口热电有限公司中水回用工程的实际情况，详细介绍了超滤系统的运行状况，分析了抗污染超滤膜与某进口超滤膜在中水回用工程中的应用情况1 国电大武口热电有限公司中水回用工程概况本中水回用工程是国电大武口热电有限公司的配套供水工程，以城市中水为原水，深度处理达标后作为国电大武口热电有限公司锅炉补给水及其他用水本工程设计水处理能力800t/h，软化水总产水量为450t/h，其中，超滤系统设计产水量为600t/h1.1 相关水质指标本工程所用城市中水为大武口污水处理厂出水，设计水质指标如下：表1 进水水质参数表项目设计数据单位项目设计数据单位pH6.5-9.0无量纲溶解性总固体≤1200mg/L色度≤30度总硬度（以CaCO3计）≤250mg/L浊度≤5NTU悬浮性固体≤10mg/L铁≤0.1mg/L化学需氧量≤50mg/L锰≤0.1mg/L五日生化需氧量≤20mg/L氨氮≤20mg/L氯化物≤300mg/L中水经曝气生物滤池、纤维过滤器和超滤系统处理后，设计出水水质指标如下：表2 超滤系统出水水质表序号项目单位处理后水质1PH7.0～8.52CODcrmg/l＜203BOD5mg/l＜54氨氮mg/l去除率≥75%5浊度NTU＜26溶解性固体mg/l＜10001.2工艺流程由于中水仍然含有大量污染物质，需进行进一步处理，以达到电厂应用标准，流程如下：曝气生物滤池超滤供水池纤维过滤器超滤装置反渗透供水池反渗透装置软水池混合水池中水来水泵泵泵泵电厂补水电厂补水如图，中水经输水管线直接进入系统的曝气生物滤池，去除水体中的有机物及氨氮，出水自流入超滤供水池，再经超滤供水泵提升进入纤维过滤器，此工段主要去除水体中的较大悬浮物质。

过滤器出水部分进入超滤系统，部分直接进入混合水池超滤出水进入反渗透供水池，经反渗透供水泵输送，经过保安过滤器后，再由高压泵加压进入反渗透装置，经反渗透处理后形成产品水进入软水池，产品水用泵送至电厂2 超滤技术在本工程中的应用2.1超滤技术简介超滤是一种加压膜分离技术，是一种通过施加一定压力，使小分子物质和溶剂穿过特定孔径的特制薄膜，而大分子物质被截留在膜的一侧的分离技术超滤膜的分离精度为0.002～0.1μm，可以分离液体中的大分子、胶体、蛋白质、细菌及病毒等作为一种新型的污水深度处理技术，超滤膜分离技术已在污水资源化领域占有举足轻重的地位，并成为21世纪最有发展前景的高新水处理技术超滤膜作为深度水处理优异的预处理程序，近年来呈现出大型化、集约化的发展趋势，形成了旺盛的市场需求目前，市场上常见的超滤膜材料包括：聚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯腈（PAN）、聚丙烯（PP）等其中，因为PVDF材料具有优异的耐酸耐氧化性能，PVDF超滤膜逐渐成为主流的超滤膜产品，并在市场上得到广泛应用本工程应用的正是外压式PVDF单皮层中空纤维超滤膜2.2 超滤系统设计2.2.1 超滤膜产品的选择 由于超滤系统的出水水质直接关系到反渗透系统的产水性能和使用寿命，所以，要求超滤膜具有出水水质好、运行稳定的特点，综合多方考虑，本次选用的超滤膜分为两种，一种为国电龙源南京膜技术有限公司自主研发的PVDF抗污染超滤膜，另一种为相同材质的某进口品牌超滤膜。

龙源超滤膜是一种高通量、高强度、改性PVDF中空纤维膜该膜产品的技术特征在于：把超高分子量聚偏氟乙烯原材料进行化学处理后形成活性基团，再与亲水性化合物反应，对PVDF原材料进行永久性亲水性改性，同时在膜丝成型过程中导入抗菌材料进行抗菌处理用永久亲水性PVDF制备的抗菌超滤膜与其他PVDF超滤膜相比，通量更大，抗污染能力更强，工程运用中制水能力更稳定另外，龙源膜结构为单皮层，膜的外表面为致密皮层，内表面为疏松结构，内外结构不对称，孔径呈径向分布这种结构可大大降低过膜压差，提高膜的水通量2.2.2 超滤系统设计本工程中，反渗透系统设计产水量为450t/h，超滤作为其预处理程序，设计产水量为600t/h共设计超滤装置4套， 每套60支膜元件，其中1#、2#超滤装置采用龙源超滤膜，3#、4#超滤装置采用某进口品牌超滤膜，4套装置并联或单独运行，主要技术参数如下： 单套产水水量：156 m³/h（20℃时） 超滤装置出水污染指数SDI：<3 超滤装置胶体硅去除率：≥98% 超滤水的回收率：≥90% 操作温度：≤40℃ 最大进水压力：0.5Mpa 单支膜面积为52m2，膜通量为50L/h.m2，立式安装。

在超滤膜运行方式和安装方式上，针对这种变化较大的进水水质，为了使膜不易堵塞，更便于清洗，运行方式由原来的死端过滤改为微错流过滤，微错流过滤更适合浊度或悬浮物含量较高的进水水质，水流沿膜壁方向冲刷累积的杂质（滤饼），滤饼增加受到控制，水的渗透流量可以保持稳定安装方式为立式安装，有利于膜的清洗和维护在超滤膜的反洗方式上，加大反洗强度，以确保反洗彻底反洗水量视不同的工艺可控制在产水量的1-3倍之间，一般为1.5倍，每次30秒左右同时根据膜污染的情况，采用在冲洗水中投加一定浓度的清洗药剂进行加强反洗2.3 超滤系统的运行状况2.3.1 运行状况分析超滤系统进水为纤维过滤器出水，水质浊度基本保持稳定，但城市中水水质波动幅度较大，其中，氨氮指标长期超标，较高时达到80-100 mg/L，经预处理后，超滤进水氨氮值较低时一般约为5-10mg/L，较高时达20mg/L以上在运行过程中，超滤系统受到有机物污染情况严重超滤系统4套超滤膜装置采用并联运行，运行条件完全相同，但装置每日运行时长各有不同由于超滤供水泵同时负责混合水池供水，故超滤系统的进水压力随供水泵启动数量及混合水池阀门启闭情况的不同而变化，超滤系统的运行并非恒压或恒流量状态。

2010年5月，超滤系统完成了168小时连续运行运行时，采用2#、4#装置连续运行，1#、3#装置作为反洗缓冲装置的方式，每30分钟记录数据，根据系统自动记录的数据制成的折线图如下：图1 168运行2#、4#装置产水量折线图 从图中可以看出，在相同的运行条件下，采用龙源超滤膜的2#装置产水量始终大于采用某进口品牌超滤膜的4#装置，这说明经过亲水性改性后的龙源超滤膜具备更高的膜通量 超滤系统正式投产运行后，考虑到国电大武口电厂用水量尚未达到设计值以及中水水质超标情况较多，超滤系统一直在较低的通量下运行其中，1#、2#装置产水量略高于3#、4#装置将2010年6月至2011年3月系统自动记录的产水量数据取平均值，得到每小时平均产水量，制成的折线图如下：图2 超滤装置产水量曲线图 从图中可以看出，1#、2#装置产水量略高于3#、4#装置，随着运行时间的增加，龙源超滤膜的通量衰减量略低于该进口品牌超滤膜这说明具备抗污染性能的龙源超滤膜对实际运行过程中超滤系统产水能力的维持有着一定的作用2.3.2超滤系统对浊度的去除本系统中，纤维过滤出水浊度最高12.1NTU，最低1.8NTU，出水浊度受原水浊度的变化影响较大。

超滤系统出水浊度稳定保持在0.1NTU以下可见超滤系统的降浊作用非常明显，在纤维过滤出水浊度较高、变化较大的情况下，超滤系统出水浊度仍保持稳定，能满足反渗透进水浊度＜1NTU的要求由于超滤系统未设置浊度仪，产水浊度一般为手动测量，以下为4套超滤装置于2011年3月所测浊度值，取样品率为1次/日：图3 超滤装置出水浊度值2.3.2　对SDI的去除SDI值是污染指数的简称，在反渗透系统中，是用来衡量反渗透进水的一个重要指标反渗透系统进水要求15分钟SDI值SDI15＜5，推荐值SDI15＜4反渗透进水SDI15值越小说明进水对反渗透膜的污染程度越小超滤进水（即纤维过滤出水）SDI15>6.67（SDI极限值）, 无法测量这表明，如果不使用超滤进行更深度的处理，纤维过滤的产水是不能满足反渗透的进水要求的因此，在此水质条件下，超滤是必需的处理工序本工程中，超滤系统出水SDI15值的变化稳定维持在1.5以下，下图为4套超滤装置于2011年3月所测SDI值，检测频率1次/日：图4 超滤装置出水SDI值2.4 超滤系统的清洗随着运行时间的增加，超滤膜污染程度加剧，系统跨膜压差不断增加，产水量明显下降，化学清洗已经无法有效恢复超滤系统的制水能力。

2011年5月，运行单位决定对超滤系统进行离线化学清洗，清洗工作由专业膜清洗公司负责清洗工作自5月下旬开始，由于膜污染主要为有机物污染，酸洗效果有限，故整个清洗过程主要采用离线碱洗清洗时，采用龙源超滤膜的1#、2#装置仅经一次碱洗后，通量恢复状况良好，跨膜压差明显下降，产水量提升，基本达到清洗效果而采用某进口品牌超滤膜的3#、4#装置经多次清洗，虽然清洗后暂时能够提高膜通量，但经过数小时运行后，通量便会下降至清洗之前的状态后经清洗公司作出了针对性的加强清洗措施后，3#、4#装置基本达到预期清洗效果整个清洗过程中，1#、2#装置清洗一次，3#、4#装置清洗周期由5月中旬至7月上旬，历时约50天下图为2011年5月1日起，将4套超滤装置产水量数据取平均值得到的每小时平均产水量折线图：图5 2011年5月起超滤装置产水量折线图由于各套超滤装置每日运行时间都不相同，为便于对比分析，计算各装置平均膜通量，并根据平均跨膜压差同比例核算该装置跨膜压差为1bar时的标准膜通量，得到的数据折线图如下：图6 超滤系统清洗期间标准膜通量折线图从图中可以看出，清洗之前，1#、2#装置的标准膜通量明显大于3#、4#装置。

5月下旬1#、2#装置经一次清洗后，通量恢复状况显著，而3#、4#装置在5月份的清洗过程中效果不明显 1#、2#装置经清洗后，随着运行时间的增加，膜通量有所降低，但仍明显高于清洗之前，。