超濾和反滲透在電廠中水回用技術(shù)中的應(yīng)用研究

徐小城(新疆環(huán)境工程技術(shù)有限責任公司 新疆烏魯木齊 830017)

我國是一個水資源嚴重缺乏的國家， 如何充分利用水資源以及實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用已經(jīng)成為我國面臨的重要問題。 在實際生產(chǎn)過程中，中水回用在技術(shù)上仍然存在一些問題，通過反復(fù)進行實驗后發(fā)現(xiàn)超濾和反滲透的應(yīng)用可以有效地提高中水回用技術(shù)的整體水平。

一、基本情況

以某廠為例，此廠的中水具體指循環(huán)冷卻水的排污水，排污水是由礦井涌水進行2 倍濃縮之后而形成的，因此，此廠為了減少水耗，通過使用循環(huán)水系統(tǒng)排污水作為生理脫鹽水的原水，并對此做了工程方案的論證。 規(guī)模的設(shè)計：循環(huán)水最大的排污水量為每小時500 立方米、 一級除鹽水設(shè)計能力為每小時250 立方米、二級除鹽水設(shè)計能力為每小時220 立方米。 產(chǎn)水水質(zhì)指標：SiO2≤0.02mg／L，電導率≤0.3μS／cm。 制定了兩個方案：①循環(huán)水排污水、多介質(zhì)過濾器、超濾裝置、超濾水箱、一級反滲透、二級反滲透、脫碳塔、混床、除鹽水箱、除鹽水泵、電廠除氧器。 ②循環(huán)水排污水、多介質(zhì)過濾器、超濾裝置、超濾水箱、一級反滲透、脫碳塔、中間水箱、陽床、陰床、混床、除鹽水箱、除鹽水泵、電廠除氧器。 此廠的技術(shù)人員在經(jīng)過重復(fù)試驗之后發(fā)現(xiàn)，循環(huán)水排污水在經(jīng)過一級反滲透處理之后，含鹽質(zhì)量的濃度仍然很高，如果選擇使用離子交換工藝，將會造成酸堿的消耗量增大，從而無法體現(xiàn)反滲透技術(shù)減少環(huán)境污染以及運行成本的作用。 進行技術(shù)經(jīng)濟比較可以看出， 方案①比方案②能在每噸水上節(jié)約0.58 元的成本。 因此，選擇方案①的水處理工藝較為合適。

二、 反滲透裝置的選擇

我國在很早之前就開始使用反滲透裝置， 最先應(yīng)用于生物制藥行業(yè)。 隨著近年來我國水預(yù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展以及超濾技術(shù)的廣泛使用， 在很大程度上提高了反滲透技術(shù)在電廠水處理、污水處理以及化工生產(chǎn)中的應(yīng)用效果。 在目前水處理中被廣泛應(yīng)用的反滲透裝置一般為卷式結(jié)構(gòu)，在實際運行過程中，超濾來水先進入膜殼，再經(jīng)過反滲透膜產(chǎn)水，最后流進中心管中。 在實際操作過程中，必須對反滲透的產(chǎn)水率進行嚴格控制，因為并非產(chǎn)水率越高就越好，產(chǎn)水率過高會容易造成濃差極化。 導致濃差極化產(chǎn)生的原因是多樣化的， 并不只是由于產(chǎn)水率過高而引起的，膜的水通量較大也會產(chǎn)生濃差極化。 濃差極化的出現(xiàn)會導致鹽透過量增大以及產(chǎn)水能耗的增加，從而大大降低了膜性能。根據(jù)此廠的水質(zhì)情況，原本將一級反滲透產(chǎn)水率設(shè)定為70%，但是由于此廠的水質(zhì)中SO42-離子含量偏高， 從而容易在膜表面形成CaSO4 等難溶鹽，因此，為了避免濃差極化情況的產(chǎn)生，對事先設(shè)定的產(chǎn)水率進行了調(diào)整，最后設(shè)定為65%，這個產(chǎn)水率是根據(jù)膜生產(chǎn)廠家的設(shè)計導則進行計算出來的。 要根據(jù)這個產(chǎn)水率找到一種阻垢劑， 如果在使用這種阻垢劑之后能使?jié)馑奶m格利爾指數(shù)≤1，就表示濃水側(cè)不會產(chǎn)水濃差極化的情況。 因此，確定產(chǎn)水率最重要的前提條件是必須在這個產(chǎn)水率下找到可以使?jié)馑奶m格利爾指數(shù)≤1 的阻垢劑。一級滲透一般使用兩段布置，當濃水排放后，產(chǎn)水流入二級反滲透，而二級反滲透一般使用三段布置，目的則為了提高產(chǎn)水率，當濃水進入超濾水箱時，產(chǎn)水流進混床。由于此廠的原水中含有較高的HCO3-，通過循環(huán)水冷卻塔后，使水中溶解的CO2 脫離水體，從而有效減少了原水中HCO3-含量。 此外，可以使用NaOH 除碳，而不會對pH 和產(chǎn)水電導率產(chǎn)水影響，因此，可以取消脫碳塔。 讓二級反滲透水直接進入混床，通過混床的再生功能出水，最后進入除鹽水箱。

三、 預(yù)處理裝置的選擇

超濾工藝和多介質(zhì)過濾器的結(jié)合形成了一種較為穩(wěn)定的預(yù)處理工藝，在實際使用過程中可以將出水SDI 值控制在3 以內(nèi)，可以對反滲透進行有效地保護。 由于此廠的水質(zhì)中含有較高的溶解固形物，且硬度較高，而且循環(huán)水排污水的水質(zhì)較差以及細菌、懸浮物、有機物的含量較高。 因此，必須在循環(huán)水排污水中加入絮凝劑，然后使用多介質(zhì)過濾器進行過濾，能有效地去除水中膠體微粒、有機物以及懸浮固體，從而有效地提高了后續(xù)超濾的膜通量，以確保超濾系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。 超濾膜只能發(fā)揮物力過濾的作用，其結(jié)構(gòu)為中空纖維。 超濾膜分為內(nèi)壓式和外壓式，內(nèi)壓式使用的材料是聚醚砜， 外壓式使用的材料則是聚偏二氟乙烯。內(nèi)壓式超濾膜和外壓式超濾膜都具備各自的特點。內(nèi)壓式結(jié)構(gòu)中由于原水通過中空纖維絲芯管流入， 經(jīng)過膜殼收集后形成產(chǎn)水，因此，必須嚴格按照規(guī)定進行原水的預(yù)處理工作，避免污染物堵住中空纖維的芯管。 要加大對水預(yù)處理的投資，內(nèi)壓式的反洗水量應(yīng)該占超濾水量的十分之一。 相反，外壓式結(jié)構(gòu)對進超濾前的給水預(yù)處理沒有很高的要求， 并且不會造成中空纖維絲芯管被污染物堵死。 在反洗的過程中要通入壓縮空氣，其目的是為了加大膜的振動，以便抖落污染物。 超濾的自用水量會隨著壓縮空氣的通入而減少，外壓式的自用水量占超濾產(chǎn)水的5%至7%。通過對兩種結(jié)構(gòu)進行比較，循環(huán)排污水經(jīng)過多介質(zhì)過濾器過濾之后，污染物的含量被大大地減少，并已經(jīng)達到進超濾的相關(guān)標準。 因此，超濾可以采用內(nèi)壓式結(jié)構(gòu)。

四、 結(jié)論

綜上所述，經(jīng)實踐表明，反滲透裝置和超濾的相結(jié)合使中水回用技術(shù)的整體水平得到了有效地提高， 不但可以用于生活污水處理，還能進行生產(chǎn)污水的處理。 其中超濾裝置的使用有效地改善了反滲透進水水質(zhì)， 從而確保了反滲透裝置快速穩(wěn)定的運行。