陶瓷膜在水處理中的應用

紀 煜，渠慧英

（北方聯合電力有限責任公司包頭第三熱電廠，包頭 014060）

0 引言

水是人類生活的基本物質資源之一，但是隨著社會的進步，人口的增長以及工農業的發展，造成了日益嚴重的水資源短缺和水污染問題，制約著社會的經濟發展速度，尤其是電力產業的發展。而污水資源化是緩解水資源的短缺、控制水污染的有效途徑之一，具有重要的現實意義和實用價值。

1 陶瓷膜簡介與應用

膜分離技術是從20世紀70年代開始發展起來的水處理新技術，在90年代得到飛速發展，目前被認為是最有前途的水處理技術。陶瓷膜是隨著近年水質逐漸惡化而新興起的一種無機膜。相較于傳統分離膜材料，陶瓷膜具有諸多優點，尤其是能夠在苛刻的水質條件下長期穩定運行，在廢水處理領域得到廣泛的推廣應用。

2 陶瓷膜在鍋爐補給水處理的應

2.1 鍋爐補給水處理系統設備運行問題

臨河電廠原設計水源為臨河第一污水處理廠再生水，污水的本底水質為臨河的淺層地下水，主要來自于黃河灌溉的退水。源水水質較差，硬度高，鹽分高，再加上污水處理廠的氧化塘處理工藝，由于蒸發而使得污水濃縮，污水水質也逐年變差。臨河電廠于2017年對污水處理廠來水進行改造，其工藝流程為石灰、碳酸鈉雙堿法軟化+過濾系統。其中水中陽離子、陰離子及常規水質指標檢測分析結果如圖1和表1所示。

圖1 臨河電廠源水中陽離子和陰離子含量

該水作為鍋爐補給水處理系統的補充水水源，致使原鍋爐補給水處理系統設備出現諸多問題：如疊片過濾器污堵嚴重，反洗頻繁；超濾受到有機物污染嚴重；超濾裝置的出力降低導致反滲透進水流量不足，影響機組安全穩定運行等。基于這些原因，臨河電廠針對鍋爐補給水處理系統進行改造。

表1 臨河電廠源水水質常規指標檢測結果

2.3 鍋爐補給水處理系統改造方案應用

針對臨河電廠水質情況和對鍋爐補給水處理系統問題分析，對鍋爐補給水處理系統提出三個改造方案。對三個方案主要進行技術經濟對比分析，結果如表2所示。其中方案1：更換疊片過濾器，將4套超濾膜更換為陶瓷膜，并增加反滲透濃水循環泵；方案2：更換疊片過濾器，超濾前新增活性炭過濾系統，4套超濾繼續采用有機膜，但需要更換新膜且增容，并增加反滲透濃水循環泵。方案3：更換疊片過濾器，4套超濾繼續采用有機膜，但需要更換新膜且增容，并增加反滲透濃水循環泵，即方案三與方案二相比，取消了活性炭過濾系統。

表2 三個方案的經濟性比較

表2（續）

由表2可知在方案一具有明顯的技術經濟優勢，選擇其作為改造的首選方案。改造后鍋爐補給水處理系統實現：1）超濾裝置的出力達到設計處理，即每套超濾裝置的凈出力達到75t/h，自用水率≤92%，即每套超濾裝置總出力達到85t/h；2）超濾裝置出水水質滿足：SDI＜5，NTU＜0.1；3）超濾裝置在壽命期不斷絲；4）保安過濾器濾芯使用壽命延長，正常運行時達到2～3個月；5）反滲透的出力在超濾裝置改造后，出力達到額定出力，即每套反滲透出力達45t/h；6）反滲透裝置化學清洗周期延長至2～3個月。

3 陶瓷膜在某化工廢水回用處理中的應用

工業廢水是造成環境污染的重要原因。其水質成分復雜，性質多變，且存在一些未解決的技術問題，給傳統的污水處理工藝帶來嚴峻的挑戰。陶瓷膜分離工藝可在一般溫度下操作，沒有相變；占地面積小、適應性強，運行穩定；不需投加其他物質，不改變分離物質的性質等特點，被廣泛應用于工業廢水處理領域。某化工廢水回用處理采用陶瓷膜超濾工藝，其中原水水質如表3所示。重點對陶瓷膜超濾出水濁度進行考察，處理效果如圖2所示。

圖2 陶瓷膜超濾產水濁度

研究結果表明陶瓷膜超濾工藝對濁度具有很好的去除效果，大部分陶瓷膜超濾出水濁度低于0.1NTU，具有良好的化學穩定性，適合處理此類廢水。在本研究中陶瓷膜超濾除濁過程可受多種條件影響，如原水水質的離子強度、pH、膜的帶電性以及操作條件等。某化工廢水pH范圍較寬，電導率較高，在低pH的時候，有利于膜利用吸附作用去除顆粒物，提高除濁效果。但是當膜表面或膜孔內的吸附位被占據并形成污染層后，影響陶瓷膜的截留性能，另外有機物可改變污染層的性質，也能影響膜的過濾效果。

表3 某化工廢水原水水質

4 結論

城市中水及工礦企業的廢水綜合利用成為解決水資源短缺的有效途徑之一。但由于城市中水及工況企業的廢水水質成分復雜，性質多變，有機物含量高，對膜處理技術提出了極大的挑戰，使得有機超濾膜在運行過程中出現了較多問題。在這樣的大環境下，無機陶瓷膜應運而生，能夠在苛刻的水質條件下，尤其是針對工業廢水領域，能夠長時間運行，出水水質穩定，便于清洗維護，操作簡單。對比傳統的有機超濾膜有顯著優勢，隨著制作工藝的改進，陶瓷膜在日益惡化的水環境中會越來越發揮出優越的性能。