4/4水處理系統(tǒng)反滲透預(yù)處理超濾系統(tǒng)的工藝選擇電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)反滲透預(yù)處理超濾系統(tǒng)的工藝選擇——黃河水為水源的化學(xué)水處理系統(tǒng)的反滲透預(yù)處理超濾系統(tǒng)的工藝選擇

楊光Ξ

(神華包頭煤化工有限公司熱電站項(xiàng)目組)

摘要:本文對(duì)火力發(fā)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的反滲透預(yù)處理超濾系統(tǒng)的工藝選擇進(jìn)行了介紹,主要從用于原水的黃河水水質(zhì)的特點(diǎn)、超濾膜的特點(diǎn)、超濾膜的選擇、超濾膜通量的選取原則等方面進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞:水處理;反滲透預(yù)處理;超濾;選擇

近幾年來(lái),隨著內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部大型火力發(fā)電廠的建設(shè),水源問題成為先決條件,由于黃河流經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部,所以這些新建電廠基本都以黃河水作為生產(chǎn)用水,部分電廠以一部分中水作為補(bǔ)充水,如何利用好黃河水,如何處理好黃河水,就是擺在我們面前的一個(gè)課題。針對(duì)黃河水含鹽量較高的特點(diǎn)(年平均含鹽量在750mgL左右),通常將反滲透作為化學(xué)水處理系統(tǒng)的一級(jí)除鹽,反滲透系統(tǒng)運(yùn)行的好壞,直接關(guān)系到整個(gè)水處理系統(tǒng)的安全運(yùn)行,而反滲透的預(yù)處理是其安全運(yùn)行的關(guān)鍵,目前,用于反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理根據(jù)水源不同有多種工藝,如“多介質(zhì)過(guò)濾”、“纖維過(guò)濾”、“多介質(zhì)過(guò)濾+活性炭”、“自清洗過(guò)濾+超濾”等,由于超濾具有其它工藝無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),我們?cè)诖擞懻摮瑸V系統(tǒng)的工藝選擇。

1黃河水水質(zhì)的特點(diǎn)

根據(jù)近兩年黃河水包頭段的黃河水水質(zhì)報(bào)告,可確定黃河水水質(zhì)存在以下幾個(gè)方面的特點(diǎn):3黃河水普遍存在懸浮物,含量隨季節(jié)變化大,膠體含量大,水質(zhì)復(fù)雜的特點(diǎn)。

3原水中的CODcr:11.2-29.5,BOD5:2-9,這說(shuō)明原水中含有一定量的有機(jī)污染物,并且有一定微生物污染的傾向。

3原水中的細(xì)菌總量:68-330cfuml,這說(shuō)明原水中存在微生物污染。

3總硬度262-356mgL,經(jīng)計(jì)算反滲透濃水側(cè)的LSI指數(shù)1.34,有結(jié)垢傾向。

3含有一定量的鋇、鍶;且含有一定量的鐵和溶解性二氧化硅。

2選擇超濾作為反滲透預(yù)處理用來(lái)避免RO系統(tǒng)受到微生物及膠體污染的困擾

如前水質(zhì)報(bào)告所述,原水中存在微生物、膠體的污染,各種加藥措施無(wú)法徹底去除污染,而傳統(tǒng)過(guò)濾方式的過(guò)濾精度差,適應(yīng)水質(zhì)變化能力差,而超濾不僅能去除懸浮物,還能去除大部分膠體和微生物,有效地保護(hù)反滲透膜,大大延長(zhǎng)反滲透膜的清洗周期。由于超濾過(guò)濾孔徑在0.01～0.1Λm之間,好的超濾產(chǎn)品能攔截所有細(xì)菌(0.5～3Λm),大部分的病毒(0.01～0.1Λm)和大部分的膠體物質(zhì)(0.01～3Λm)。因此,為保護(hù)反滲透膜元件避免受到微生物污染及膠體污染,建議采用優(yōu)良的超濾產(chǎn)品作為反滲透的預(yù)處理。

3預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程的選擇

反滲透預(yù)處理的主要目的是去除原水中的懸浮物、膠體、細(xì)菌、濁度、有機(jī)物等,保證反滲透的正常運(yùn)行。針對(duì)原水水質(zhì)情況和系統(tǒng)回收率等主要設(shè)計(jì)參數(shù)要求,選擇適宜的預(yù)處理工藝,就可以減少污堵、結(jié)垢和膜降解,從而大幅度提高系統(tǒng)效能,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水量、脫鹽率、回收率和運(yùn)行費(fèi)用的最優(yōu)化。

因?yàn)榉礉B透系統(tǒng)的水源是黃河水,其特點(diǎn)是:水

質(zhì)復(fù)雜,水質(zhì)隨季節(jié)的不同變化較大,含鹽量、硬度、有機(jī)物及懸浮物都比較高,故反滲透系統(tǒng)的關(guān)鍵在于預(yù)處理。黃河水經(jīng)過(guò)初步的預(yù)處理后,采用超濾作為反滲透的預(yù)處理,在許多被污染的地表水處理及污水回用中試和工程應(yīng)用上已經(jīng)證明是十分可靠的預(yù)處理工藝。采用超濾膜分離系統(tǒng)作為反滲透的預(yù)處理,可較大范圍地適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)變化,產(chǎn)水水質(zhì)較好且穩(wěn)定。超濾的采用可以更有效地保護(hù)反滲透裝置,使反滲透膜免受污染,同時(shí)可提高反滲透膜的設(shè)計(jì)水通量。超濾膜分離技術(shù)具有占地小、出水水質(zhì)好、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。4超濾膜的選型

超濾(簡(jiǎn)稱UF)是以壓力為推動(dòng)力,利用超濾膜不同孔徑對(duì)液體進(jìn)行分離的物理篩分過(guò)程。超濾分離的對(duì)象主要為大分子物質(zhì),超濾的過(guò)濾精度也常以分子的質(zhì)量單位Dalton(道爾頓)來(lái)定義。

超濾膜的典型孔徑在0.01～0.1微米之間,對(duì)于細(xì)菌和大多數(shù)病菌、膠體、淤泥等具有極高的去除率。膜的公稱孔徑越小,去除率越高。超濾膜通常使用的材料都是高分子聚合物。這些聚合材料包括:聚砜(PS)、聚醚砜

(PES)、聚丙烯聚(PP)、聚偏氟乙烯

(PVDF)等。膜組件結(jié)構(gòu)有板式、卷式、管式和中空

纖維四種。而中空纖維超濾膜主要分為:內(nèi)壓膜、外壓膜兩種。

觀察超濾過(guò)濾、反洗的工況,實(shí)際上可以從3個(gè)方面來(lái)考慮如何選擇超濾:411原水的流道

對(duì)于內(nèi)壓式來(lái)說(shuō),原水(臟水)從膜絲的內(nèi)腔進(jìn)入,此時(shí)要注意兩個(gè)問題:

原水中顆粒粒徑太大,堵塞原水進(jìn)入膜絲內(nèi)腔的流道。理論和實(shí)踐證實(shí),當(dāng)進(jìn)水中顆粒直徑大于膜絲內(nèi)徑的16時(shí),就可能發(fā)生架橋堵塞的問題。因此內(nèi)壓式膜廠家通常對(duì)進(jìn)水懸浮物顆粒大小進(jìn)行較嚴(yán)格的限制,規(guī)定了超濾前處理的預(yù)過(guò)濾器精度。

原水中懸浮物濃度過(guò)高或者運(yùn)行回收率較高時(shí),污泥在內(nèi)腔過(guò)渡濃縮而造成膜絲內(nèi)腔堵塞。例如當(dāng)原水懸浮物含量20mgL時(shí),錯(cuò)流過(guò)濾,單程回收率95%,則膜絲內(nèi)部靠近出水端的懸浮物含量高達(dá)400mgL,這個(gè)位置水流速低,懸浮物濃度高,往往

容易發(fā)生堵塞。見下面的示意圖。要防止內(nèi)壓式的這種堵塞,要么小心控制進(jìn)水懸浮物含量,要么改用

錯(cuò)流過(guò)濾的方式(單程回收率降低,能耗大大增加)。

相比較,外壓式的進(jìn)水側(cè)在膜絲的外面,內(nèi)腔是潔凈的產(chǎn)水,因此內(nèi)腔不會(huì)發(fā)生堵塞。而外側(cè)因膜絲之間存在較大的自由活動(dòng)空間,對(duì)進(jìn)水懸浮物含量均要求較寬。外壓式操作條件更寬,對(duì)原水水質(zhì)波動(dòng)適應(yīng)性更強(qiáng),系統(tǒng)更可靠。

而外壓式和內(nèi)壓式流道的這種差異,還帶來(lái)了二者在清洗方式上的不同。外壓式普遍采用氣水混合清洗的方式,利用膜絲之間存在自由活動(dòng)空間,利用氣水的湍流剪切作用有效地清除附著在膜絲外壁的污染物。這種高效、廉價(jià)的清洗方式也被廣泛用在

一體式的膜生物反應(yīng)器中。而內(nèi)壓式由于較細(xì)的膜絲內(nèi)腔,氣水混合后在其中只能形成或氣或水的柱塞流,清洗效果不好。因而內(nèi)壓式改用“分散化學(xué)清洗”?？傊谠鞯婪矫?外壓式更優(yōu)越:進(jìn)水預(yù)過(guò)濾要求寬松;進(jìn)水懸浮物含量限制寬松;對(duì)來(lái)水適應(yīng)能力強(qiáng);

412反洗時(shí)水的流道

超濾采用的膜絲都是高分子材料制造,具有相當(dāng)好的柔韌性。在壓力下會(huì)發(fā)生一定的彈性形變。

如上圖所示,外壓式過(guò)濾時(shí),膜絲受從外向里的壓力而被壓縮,膜外表面的微孔也相應(yīng)被壓縮變小,過(guò)濾精度更高;而反洗時(shí),膜絲受力向外膨脹,膜絲外表面的微孔擴(kuò)張,從而更徹底洗去可能進(jìn)入膜孔的雜質(zhì)。是一種優(yōu)化的正向和反向過(guò)程。

而內(nèi)壓式卻恰恰相反。過(guò)濾時(shí),膜絲受從內(nèi)向外的張力而膨脹,膜絲內(nèi)表面過(guò)濾層上的微孔擴(kuò)張,降低了過(guò)濾精度;而反洗時(shí)膜絲卻受壓收縮,膜絲表面的微孔閉合,使得進(jìn)入內(nèi)部的雜質(zhì)無(wú)法洗出。因而清洗效果不好,長(zhǎng)期運(yùn)行的通量衰減較快。

413膜的抗污染性和可清洗性

超濾膜在應(yīng)用中存在的兩個(gè)重要問題,一是膜本身的抗污染能力,一個(gè)是被污染后能夠清洗恢復(fù)的能力。

項(xiàng)目外壓式內(nèi)壓式說(shuō)明

材質(zhì)PVDFPES

進(jìn)水懸浮物要求最大300NTU最大100NTU外壓式進(jìn)水條件更寬

水質(zhì)變化適應(yīng)能力強(qiáng)弱運(yùn)行模式?jīng)Q定

耐氯5000ppm200ppm外壓式耐氯更強(qiáng)

運(yùn)行周期長(zhǎng)短在水質(zhì)較差的情況下,外壓式納污量大,運(yùn)行周期長(zhǎng),動(dòng)力消耗低

氣擦洗有無(wú)外壓式通過(guò)廉價(jià)有效的氣擦洗,就能恢復(fù)通量,從而降低了藥品消耗和運(yùn)行費(fèi)用

化學(xué)分散清洗無(wú)有內(nèi)壓式消耗更多的藥品,增加運(yùn)行費(fèi)用。

化學(xué)清洗有有PVDF比PES更耐清洗

自用水率5～10%≥10%外壓式自用水率更低

膜抗污染能力和很多因素有關(guān),但主要是和膜的材質(zhì)有關(guān)。PVDF是一種含氟的工程塑料,界面張力大,難以被污染。處理被污染水體時(shí),在3個(gè)小時(shí)的運(yùn)行后,PVDF膜的通量衰減速度是最低的,比聚砜(和聚醚砜類似)、聚丙烯腈、醋酸纖維素等都好。

另外,膜最容易發(fā)生也最難處理的是有機(jī)物的污堵。此時(shí)清洗最有效的方式是氧化劑清洗。而在耐氧化劑方面,PVDF膜恰恰是最強(qiáng)的。它允許用戶在高濃度下長(zhǎng)時(shí)間清洗,確保通量的恢復(fù)和膜絲的化學(xué)穩(wěn)定性。而其它的材料,例如聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚丙烯則會(huì)因?yàn)轭l繁的化學(xué)清洗而引起性能的下降。比較著名的不同材料超濾產(chǎn)品允許耐受的NaClO氧化劑濃度,可以看到聚偏氟乙烯(PVDF)比聚醚砜(PES)類高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

因此,盡管PVDF材料價(jià)格高、紡絲難度大,但世界各個(gè)知名的大公司最近幾年均投入巨資開發(fā)了PVDF材料的超濾產(chǎn)品以滿足復(fù)雜水質(zhì)和被污染水質(zhì)處理。這種材料的超濾產(chǎn)品在綜合性能上是聚醚砜產(chǎn)品的換代技術(shù)。

綜合以上分析,外壓式PVDF超濾膜對(duì)比內(nèi)壓式PES超濾膜有以下優(yōu)勢(shì):

因此,根據(jù)原水水質(zhì)報(bào)告并結(jié)合黃河水的特點(diǎn),我們確定超濾膜選用外壓式PVDF材質(zhì)。

5超濾膜通量的選取原則

我們知道“裝置的出力=膜通量X使用膜的總面積”,而膜的通量又跟跨膜壓差、溫度等呈線形比率,膜的通量越大,則跨膜壓差就越大,同時(shí)所使用的膜的總面積可以相應(yīng)減小。膜的通量取大了,投資是省了,但實(shí)際上此舉是不可取的,這是因?yàn)?

511所使用的膜的總面積減小,增加了超濾膜的過(guò)濾負(fù)荷,同時(shí)增加了水中被過(guò)濾下來(lái)的膠體、懸浮物在超濾膜表面的濃差極化,加速了污染物對(duì)超濾膜的損害,使超濾膜的衰減加快,并且為了使超濾性能恢復(fù),就必須把超濾膜的反洗

、清洗等頻率加大,這樣將大大降低了超濾膜的使用壽命,增加了超濾膜的自用水率及化學(xué)藥劑消耗,增加了系統(tǒng)的運(yùn)行成本,并降低了系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行性能,此舉是得不償失的。

512膜的通量取大,跨膜壓差就會(huì)增加,這將會(huì)加速超濾膜的壓密實(shí)化。濃差極化的加劇以及壓密實(shí)化的增加,對(duì)于超濾膜來(lái)說(shuō)都是不可逆的損害。

因