反滲透膜在火電行業脫硫廢水處理中的應用分析

史小麗

(新疆環境保護科學研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

火電廠作為我國主要的供電源，其90%以上采用"石灰石-石膏濕法脫硫"工藝處理燃燒的煙氣廢氣，將煙氣中的煙塵、SO2、氮氧化物、氯化氫及汞、銅、鉛、砷、鎘等重金屬污染物轉化到廢水中，形成了水質變動大、組成成份較復雜、水質差等為主要特點的脫硫廢水。這決定了脫硫廢水成為最難處理的廢水之一。隨著國家對行業企業污水排放管理管控愈加嚴格，脫硫廢水的處理尤其是零排放處理技術越來越受關注。

目前，脫硫廢水零排放技術以膜濃縮減量法為最常見的處理工藝，一般先使用三聯箱對脫硫廢水進行中和、沉淀、絮凝等預處理，使水質達到了所使用膜的進水水質要求后才能進行膜處理工序，最后在進行蒸發結晶的工序，來實現脫硫廢水的零排放。

1 反滲透膜的工作原理

利用滲透的原理，當滲透達到平衡時，濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個壓差，此壓差即為滲透壓。人們在濃溶液一側施加一定的外界壓力，使溶劑反向運動即從濃溶液流向稀溶液測，溶質被截留在濃溶液一側達到濃縮目的，就是所使用的反滲透法原理。

由于該方法較為先進，運行成本低且操作也比較簡單，在溶液分離、提取工藝中得到廣泛使用，而最普遍的應用范例就是在水處理工藝中的應用，無論是在飲用水凈水設備中還是在廢水處理工藝中都已成為舉足輕重的組成部分。

2 反滲透膜的類型

按反滲透技術在水處理工藝中的應用，反滲透膜可分為碟管式(DTRO)反滲透膜和網管式(STRO)反滲透膜。

2.1 碟管式反滲透膜(DTRO)

碟管式反滲透膜是專門針對高濃度廢水處理而開發，它把所有污染物質包括氨氮等大于1nm的分子及離子截留，從而達到處理各種污水的目的。碟管式膜組件主要由RO膜片、導流盤、中心拉桿、外殼、兩端法蘭各種密封件及聯接螺栓等部件組成。把過濾膜片和導流盤疊放在一起，用中心拉桿和端蓋法蘭進行固定，然后置入耐壓外殼中，就形成一個碟管式膜組件。

料液通過膜堆與外殼之間的間隙后通過導流通道進入底部導流盤中，被處理的液體以最短的距離快速流經過濾膜，然后180?逆轉到另一膜面，再從流入到下一個過濾膜片，從而在膜表面形成導流盤圓周—圓中心—圓周—圓中心的切向流過濾，濃縮液最后從進料端法蘭處流出。料液流經碟管式反滲透膜的同時，透過液通過中心收集管不斷排出。濃縮液與透過液通過安裝于導流盤上的O型密封圈隔離。

2.2 網管式(STRO)反滲透膜

網管式反滲透膜具有開放式流道，流道間距34～120mil(約1.2～4mm)，可降低流動阻力，降低濃差極化，便于膜清洗；耐壓范圍高，可達到較高的回收率。

STRO按耐受壓力分類，有7.5、9.0MPa和12MPa三種等級。同種水質在膜通量一定的條件下，膜的耐壓等級越高，該膜系統能到達的回收率就越高。但高耐壓力對處理系統中高壓泵、循環泵閥門等設備的要求就越高，成本也隨之提高。目前運用9.0MPa運行的STRO膜系統較為常見，可實現約75%的回收率，滿足了企業對于處理效率和成本控制的綜合考量,反滲透膜類型對比一覽表見表1。

表1 反滲透膜類型對比一覽表

3 廢水處理工程中的影響因素及運行參數

3.1 反滲透膜的進水水質要求

為了防止對反滲透膜造成不可逆破壞，廢水在進入反滲透膜之前都會進行預處理已達到反滲透膜的進水水質要求(見表2)。一般要求SDI必須小于5且越小越好；濁度要小于0.2 NTU(最大允許濁度為1NTU)；水中不允許含有油和脂；水中的有機物對RO膜的影響最為復雜，應盡量在凝聚澄清過程中去除有機物，還可采用活性碳過濾進一步降低有機物含量。如原水的SDI大于5且濁度大于1.0，就必須在預處理單元的澄清工藝中加入混凝劑且要使用多介質過濾器；如原水中SDI小于5且濁度小于1，預處理可考慮介質過濾器和保安過濾器而不一定投加混凝劑，但需嚴格控制預處理混凝劑的使用量，防止對膜造成污染。

表2 反滲透膜進水水質要求

需要注意的是， 濃水不允許析出SiO2，當SiO2過飽和則可能聚合而形成不溶解的膠體硅或者硅膠而引起結垢。造成后期膜污染較難清洗和處理，嚴重縮短膜使用壽命，使整個水處理工藝受到影響。所以必須降低SiO2濃度。

控制系統回收率是一種最容易操作的防硅垢的方法。也可通過在澄清器中多加些氯化鐵和鋁酸鈉進行石灰軟化來處理。在實際應用中，進行溫度控制也對防止SiO2結垢有一定的效果。

3.2 進水壓力對反滲透膜的影響

進水壓力本身并不會影響鹽透過量，但是進水壓力升高使得驅動反滲透的凈壓力升高，使得產水量加大，同時鹽透過量幾乎不變，增加的產水量稀釋了透過膜的鹽分，降低了透鹽率，提高脫鹽率。當進水壓力超過一定值時，由于過高的回收率，加大了濃差極化，又會導致鹽透過量增加，抵消了增加的產水量，使得脫鹽率不再增加。這一點在伊學農等人對進膜壓力對膜性能影響的研究中得到證實[1]。提升回收率，反滲透操作壓力也有所上升。在同一回收率條件下,隨著反滲透操作壓力的增加，反滲透膜脫鹽率也明顯提高。

3.3 進水溫度對反滲透膜的影響

反滲透膜產水電導對進水水溫的變化十分敏感，溫度升高，膜通量上升。隨著水溫的增加水的通量也線性的增加，進水水溫每升高1℃，產水量就增加2.5%～3.0%(以25℃為標準)。反滲透膜適合的水溫為15～35℃[2]。

3.4 進水pH值對反滲透膜的影響

進水pH值對脫鹽率有較大影響。pH值在7.5～8.5之間，脫鹽率達到最高。也有研究表明，反滲透膜在pH為6～8時脫鹽率最高,超出此范圍脫鹽率都會明顯下降。在操作壓力、進水水溫和水質相同的條件下，pH對反滲透膜脫鹽率影響不明顯[2]。

pH對膜性能的影響微乎其微，是對水中很多離子產生影響從而影響到了膜系統的處理效果的。

3.5 進水鹽濃度對反滲透膜的影響

滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度的函數，進水含鹽量越高，濃度差也越大，透鹽率上升，從而導致脫鹽率下降。但若提高回收率，隨著進水流量增加，膜表面的水流速度也增加，從而減少了膜表面的濃差極化，反而提高了脫鹽率[2]。

4 膜污染與膜的清洗

控制膜污染是膜處理技術的重要組成部分，直接決定了膜的使用壽命。解決膜污染最好的方法就是定期進行膜的清洗。反滲透膜在不同的膜組合工藝應用中清洗標準不同。以碟管式反滲透膜為例，一般膜通量下降10%～15%，或脫鹽率下降10%～15%時，就應當對膜進行清洗處理了。張瑛潔等[3]通過采用多種化學清洗劑對超濾膜進行清洗試驗，驗證幾種化學清洗劑對污染膜的清洗效果。韋貴菊等[4]指出需要針對膜污染物的性質選擇不同的膜清洗方法，而且要注意到膜污染物質間的協同作用。還需要根據膜污染物種類決定膜清洗劑的使用順序，使用組合，以取得較好的清洗效果，延長膜的使用壽命。

5 結論及討論

眾多的資料和應用表明，反滲透膜在目前的脫硫廢水處理工藝中起到了重要的作用，反滲透膜的處理效率是受到pH、溫度、壓力等因素綜合影響的，實際應用中，找到各影響因素在處理過程中的平衡點尤為重要。

在脫硫廢水零排放處理工藝中，廢水的預處理(軟化、中和、絮凝、沉淀等)、膜系統的濃縮處理、蒸發結晶等處理工序是一個有機統一的整體處理過程，三者缺一不可，任一環節出問題都會直接影響脫硫廢水的處理效果。結合某企業"零排放"工藝處理系統的實地察看和資料的查閱，在工藝流程設計和實際投運中有以下幾點問題值得注意：

(1)在預處理過程中，如有條件應盡量采用基于水質參數精準預處理控制技術，這樣可以通過多個水質參數的在線監測、傳輸及系統的控制，對處理模式、加藥控制等進行智能而精準的切換及調控，不僅可根據實時水質變化達到最好的預處理效果，也有助于企業廢水處理成本控制，以達到最經濟的處理能力。

(2)在廢水預處理工藝中，設計沉淀物處理工序時，要根據鈣沉積物的特性(如碳酸鈣密度較大、硫酸鈣粘度較高等)進行底泥處理工藝設計，避免運行后無法正常壓濾排出造成整個處理過程頻繁停運。

(3)在膜處理工藝階段，要充分考慮前階段所加入藥劑尤其是絮凝劑是否會加重膜污染，根據處理水質的實際情況尋找到保證水質處理需要和膜影響最低平衡點時的藥劑加入量。