超濾-反滲透在循環冷卻塔排污水處理中的應用

謝春(常州聯江環?？萍加邢薰荆K 常州 213161)

0 引言

我國在全球水資源缺乏嚴重的名單之上，水資源及其珍貴，所以國家一直在提倡節約用水。水資源缺乏及污水處理問題已經成為我國迫切需要解決的難題。我國的水資源主要用于農業、工業及日常生活中，其中工業用水主要用途是冷卻塔冷卻?，F如今，熱力電廠用水構成當中，循環冷取水當中的占有比例是整個電廠用水量的50%以上，甚至在部分化工企業當中，冷卻水的使用量占總體水量的90%以上，例如，一個火力發電設備(100萬kW)，所用到的冷卻水需要在30 m3/s；同等規模的核電設備，冷卻水所需要的量需要在50～600 m3/s。工業冷卻水的用量日益劇增，水浪費嚴重的問題日益突出，而且水循環利用率極低。另外，循環冷卻塔排污水處理具有腐蝕程度高、硬度高、懸浮物等相關特征，處理起來相對較為困難，然而可以對循環冷卻塔排污水給予適當除濁以及除鹽處理，回用以后作為補給水，甚至有可能應用到鍋爐當中，進而可以真正實現電廠廢水“零排放”，最終可以減輕對環境的污染。

1 循環排污水的特點

冷卻水的水源、污水等會含有一些物質，包括含鹽分的鈣、鎂、磷等，還有一些帶細菌、氨氮的污染物。這樣的污水一旦排放到大自然中，會破壞生態的平衡，因此，利用超濾-反滲透技術處理冷卻塔的污水有著重要的作用[1]。

現有的排污水主要有以下特點：

(1)鹽含量高。一般冷卻塔的循環排污水需要通過高度壓縮，致使鹽離子濃度增大。

（2）較高的水溫。一般在冷卻塔之前，蒸凝氣之后會設置循環水排污，此處水溫高，能夠減輕冷卻塔的負荷。

（3）含有機物多。因為循環過程中濃縮率提升，增加了水處理的時間，會造成水中的菌藻類生物大量生長。

(4)雜質含量高。水在冷卻的時候，會攜帶空氣中的一些雜質，主要包括粉塵、泥沙等，還會有設備腐蝕脫落的雜質。

以上這些循環水質的特點，跟污水處理的效果有著千絲萬縷的關系。因此需要掌握水質的這些特性，更好的處理冷卻塔的污水，提高水的利用率[2]。

2 膜分離技術介紹

2.1 膜分離概述

膜分離這種現象普遍存在于大自然中，然而人們最早并未開始進行研究，直到后期開始研究并使用到很多領域中。膜分離技術主要有微濾、超濾、納濾和反滲透四種，過濾的精度是依次上升的[3]。

2.2 超濾分離技術介紹

2.2.1 超濾材質

現如今超濾使用的材質種類繁多，主要包含聚丙烯腈、聚丙烯等。

2.2.2 超濾的過濾原理

超濾是在微濾和納濾之間的一種，主要是利用膜上流體較低壓力的切向流動，根據分子量大小進行分離、過濾，是一種不發生任何反應的物理分離過程。超濾使用的膜孔徑一般在0.002 到0.1 μm 之間，水中比過濾膜孔徑小的物質則通過過濾膜，孔徑大于過濾膜孔徑的物質則被攔截，攔截下來的物質通過濃縮排入排放液中。所以水會通過過濾進行再次循環使用，而粉塵、細菌等物質被攔截，這些攔截的物質將通過反復沖洗、排放等過程而去除。

2.2.3 超濾的工藝設備位置

在循環冷卻塔污水處理中，超濾裝置放置很多不同的地方，主要包括前期處理、離職分離、反滲透終端等。

2.2.4 超濾系統組成

超濾系統主要包含清水池及水泵，介質及保安過濾器，超濾、反洗、化學清洗等設備。通過這些過程，對水質進行過濾分離，進而提高排污水的利用率。

2.3 反滲透系統介紹

2.3.1 反滲透材質

反滲透材質一般都是由高分子材質，主要有醋酸纖維素膜、芳香族聚酰胺膜等材料。反滲透對水質的要求較為嚴格，很多個運行的系統能夠表明，預處理如果不合格則會造成反滲透膜立即被污堵，導致頻繁進行清洗，進而造成水質明顯降低，所以，一般需要對原水采取預處理，將原水當中的各種物質予以去除。

2.3.2 反滲透原理

反滲透是使進水側的壓力高于自然環境中的滲透壓，會使水分子逆向流動，根據有些物質不滲透反滲透膜的原理，將雜質與水進行分離。因為反滲透膜的孔徑也極為小，所以可以更容易去除水中的有機物、鹽、微生物等。利用反滲透的技術，能夠有效處理排污水，提高水的利用率[4]。

2.3.3 反滲透特點

反滲透有很多特點，例如：可以高效進行脫鹽；可以在較低壓力下使用；可以不受化學和生化作用的影響；有很高的的使用壽命等。另外，反滲透膜還可以在相對比較低操作壓力之下充分發揮其功能，同時受到pH 值以及溫度等相關誘因的影響相對較小，制作膜原料的來源廣闊，加工操作簡單方便，成本相對較低。

2.3.4 反滲透系統組成

反滲透系統主要是利用反滲透膜將鹽隔離出去，實現水鹽分離。此系統主要由水池，過濾器，反滲透本體、清洗、沖洗、加藥等系統組成[5]。

3 超濾-反滲透在冷卻塔排污水中的應用、

3.1 超濾-反滲透的應用途徑

現如今，超濾-反滲透技術主要用于印染廢水、生活污水、含油廢水的處理。將生活污水再次回用處理措施，目前大部分主要采取殺菌清洗能夠使超濾膜通透能力恢復＞97%，UMBR出水渾濁程度相對穩定，水質相對穩定，可以作為生活污水回用。另外，對含油廢水的處理措施主要采取間歇式錯流操作，以免由于循環泵運轉造成廢水當中的溫度明顯上升，然而廢水的溫度過高會造成膜頭水量進一步提高。在0.4 Mpa 的操作壓力情況之下，隨著時間的不斷延續，膜透過量主要包含有以下三個階段，其中包含緩慢下降、快速下降以及緩慢下降，膜污染會逐漸變得嚴重，然而超濾因為時間的不斷進行，仍可在93%以上的COD 去除率，所以，采取間歇式錯流操作來對含油廢水的處理具有可行性，并且效果良好。

3.2 科氏膜的特點和工作原理

(1)特點：主要采取專利改性聚颯，可以起到良好的親水性、抗氧化性以及化學穩定性；較薄的致密層以及海綿支撐結構，能夠獲得最低的膜深層污染以及良好的膜清洗恢復效率，均適用在不同的近水水質，同時能夠真正實現廢水的零排放；(2)工作原理：原水沿著膜纖維當中流入與濾膜表面呈現一個平行方向流動，其可以通過每根中空纖維，從組件的一端流入到另外一端，與過濾之后的水不會相接觸。過濾以后的水透過液出口屬于一支多孔管，在整個膜件的中心部位，透過液從中空纖維絲流出一直到多孔中心管當中，之后通過膜件的兩端流出[6]。

3.3 在線加入混凝劑

當水質相對比較差的時候，可以適當加入混凝劑，這樣能夠使含有懸浮物顆粒的水在管道混合器當中與混合劑有效結合，使水中出現膠體顆粒的雙電層能夠被壓縮。膠體顆粒流過多介質過濾器的濾料層的時候，濾料分析對懸浮物可以起到篩濾的作用，可以讓懸浮物容易吸附債濾料表面，運行模式可以采取自動或者手動進行控制，同時可以按照原水流量自動調整加入藥量，然而一旦混凝劑的投入量相對較高的時候，則也許會導致超濾膜發生不可逆污染的現象發生，因此，需要相對較高的加藥自動控制系統[7]。

4 膜技術在電廠循環冷卻水處理中的應用

現如今，對循環冷卻水排污的工業化方式包含有膜分離技術、電滲析法以及離子交換法，電滲析法操作相對較為簡便，然而水耗量以及運行成本相對較高，與此同時檢修維護工作任務繁重；離子交換法只是在含鹽量相對較低的水質當中有效。膜分離技術由于設備較為簡單，體積較小、不會出現再一次污染以及分離系數相對較大等相關優勢，所以，在其回用領域當中所采取的方式會逐漸向膜分離技術不斷靠近。

近年來，超濾技術在我國取得突破性進展，國產化程度相對較高，運行成本相對較低，反滲透技術的工藝較為簡單，操作簡便，容易進行自動控制、能量消耗較小以及運行成本較低等相關特征。熱力電廠水處理當中所采取的反滲透除鹽的優勢包含有以下幾點；(1)膜的操作設備適應性相對較強，在維護和操作方面較為簡便，便于進行自動化控制；(2)采取常規處理模式不容易出去的膠體、二氧化硅以及金屬離子等也有可能被除去；(3)對水源水質的變化適應能力較強，出水質量能夠得到保障；(4)脫鹽率較高：能夠將原有水含鹽量降低一直到以往的十分之一，對于以往的水處理工藝經常采取超濾以及反滲透等相關技術給予預處理；然而對于繁雜的給水以及廢水回用的時候就采取雙膜工藝的集成膜技術。隨著膜技術的不斷發展，新型膜技術的發現，在電廠水處理當中具有非常廣闊的前景[8]。

5 結語

超濾水箱加入殺菌劑，能夠有效延緩反滲透進口保安過濾器造成的污堵，系統運行期間，反滲透之前保安過濾器的濾芯污堵較為嚴重，這是由于循環水當中的機物含量相對較高，雖然采取預處理措施，但是仍然會存在有機物，所以，添加殺菌劑，污染堵塞的情況有顯著改善。另外，反滲透系統的回收不建議設置過高，通常在60%～70%之間，為了能夠避免污堵以及結垢，使反滲透膜的使用壽命明顯降低，則需要提高運行成本，同時增強對之前預處理的有效控制。除此之外，對循環冷卻塔排污水處理采取超濾結合反滲透處理，還需要在提升水回收率這一方面的相關實驗研究，例如，建議超濾產水聯合反滲透產水混合以后當作循環水當中的補充水，進而可以使系統回收率顯著提高。

總而言之，超濾-反滲透組合工藝處理電廠循環冷卻塔的排污水處理具有非常廣闊的前景，處理以后的淡水能夠有效作為鍋爐補給水的水源，其形成的污水能夠利用泵打到煤場以及輸煤棧橋噴淋水，進而能夠實現電廠循環冷卻塔排污水處理的零排放。