淺談火力發電廠全膜系統膜污染的影響因素

王瑩 陸放 許超 王琴 蔣彩仙 李萍萍

摘要：阻礙膜技術廣泛應用于火力發電廠最主要的原因是膜污染，精確區分膜污染類型，選擇有效的膜污染預防和清洗方式，有利于延長膜系統使用壽命和降低運行成本。通過對膜污染的機理進行分類，從膜通量、跨膜壓差、水力停留時間、進水水質及間運行等方面進行研究分析，及時了解和掌握膜污染的成因和污染程度，為火力發電廠的技術人員提供技術參考。

關鍵詞：全膜系統;膜污染;膜通量

中圖分類號：X703.1 文獻標志碼：B

引言

近年來，膜處理技術得到了快速發展，由于其占地面積小、操作方便、生產穩定及環境友好等優點，在我國火力發電廠化水處理系統中得到快速應用。但是，膜污染始終是阻礙膜技術廣泛應用的最大原因。本文對膜污染的產生機理進行分析，從膜通量、跨膜壓差、水力停留時間、進水水質及間歇運行等方面進行研究分析，為火力發電廠化水系統的工作人員提供技術參考，希望推進膜處理技術在火力發電廠的化水系統中的應用。

1 膜污染的分類及產生機理

精準區分膜污染的各種類型，選擇針對性的膜清洗方法，對于減緩膜污染有著重要意義。膜污染按清洗程度、污染源性質及膜污染成因來分類，具體如下：

2 膜污染的主要影響因素

2.1 膜通量

膜通量是膜運行的基本參數，臨界通量是膜能承受的最大通量，而次臨界通量，就是在一定的運行條件下，膜通量低于臨界通量，從而使膜設備穩定運行。次臨界通量下，膜污染分為緩慢發展和快速發展兩個階段。在壓力驅動下，小膠體和大分子溶解性有機物吸附在膜表面，造成膜孔徑變小，此時膜污染緩慢發展;當大量的膜孔徑堵塞，膜表面形成致密的沉積層，此時膜污染快速發展。俞開昌等[1]通過通量階式遞減法發現，曝氣強度增加會提高氣水二相流的紊動性，進而增大臨界通量，剛運行的膜系統在次臨界通量下運行穩定，膜污染速率緩慢增長。膜系統長期處于次臨界通量運行，膜污染增長速率小但在緩慢積累，最終導致局部膜通量超出臨界通量，從而使跨膜壓差迅速增加[2]。

2.2 跨膜壓差

臨界壓力與膜污染速度呈明顯正向相關趨勢。當操作壓力小于臨界值時，6 h后膜通量只縮減了10%;操作壓力大于臨界值，2.5 h后膜通量就縮減了40%。可能的原因是不同操作壓力下，形成的濾餅層厚度不同：操作壓力高時，初端濾餅層較密實，膜通量比初端縮減幅度明顯;而操作壓力低時，初端濾餅層較為稀疏，膜通量縮減不明顯。初始跨膜壓差較低，膜通量下降速率變慢，膜污染速率減緩。

2.3 水力停留時間（HRT）

HRT 的變化直接影響膜表面附著的微生物的富集速度。若 HRT 較小，則微生物營養補給增加，增殖速度加快，混合液懸浮固體濃度和黏度上升，因此膜污染速度增加。同時，HRT太短會導致溶解性微生物產物（SMP）累積，SMP 濃度越高，沉積層的結構就會越緊密，透水阻力越大，從而使膜通量縮減。此外，HRT 的縮減使 SMP 中的松散型蛋白質含量提高，胞外聚合物的流動性增強更容易進入膜孔，降低膜的透水率和誘發膜污染[3]。污泥停留時間（SRT）隨著 HRT 的增加而增加，適當的增加 SRT 可減少 SMP 含量，進而抑制膜污染。但 SRT 并不是越大越好，太大會加重微生物的內源呼吸，導致膜污染增加。通過對 HRT 和 SRT 的控制，能將由疏水性（RH）、Zeta電位及SS等膜污染的主要影響因子引發的比阻始終控制在較低水平[4]。

2.4 進水水質

進水水質中的污染物種類、溫度、pH、DO 及污染物濃度等都會影響膜污染程度。水中的鈣、鎂及磷等會與微生物耦合，沉積在膜表面形成較為致密的濾餅層。陳康等[5]研究表明，適量的鈣離子能加強生物絮凝作用，也可以增加絮體的大小，降低外部阻力緩解膜污，但過量的鈣離子會增加無機顆粒的粒徑，導致膜的滲透性變差。由于使用的膜性質、進水水質及運行方式不同，鈣離子的最佳濃度也不同。pH 會影響 RH 和 Zeta 電位，還會對膜面改性，進而改變膜和污染物之間的靜電作用力，影響膜污染。隨著溫度的上升，SMP和膠體物質含量逐漸增多，在高溫下產生更多不可逆污染。存在一個 pH值臨界點，當 pH值大于此臨界點時膜污染迅速增加，臨界點隨溫度的升高而降低。

2.5 間歇運行

火力發電廠由于其特殊性對水量的要求存在波動，對于一些需水量小的火力發電廠，為了降低運行成本和維持穩定的供水量，設置除鹽水箱來收集膜系統的產水，膜系統經常間歇運行。間歇運行對控制膜污染的發展進程有較為顯著的貢獻，但停抽時間不能很長，否則會降低其去除效果和產水負荷。間歇運行的間隔時間越短，頻繁起停產生的水錘會破壞膜系統的密封性;間隔時間越長，殘留在膜組件內的微生物會大量繁殖，進而影響膜系統的性能。

3 結論

隨著材料領域的不斷發展和各學科間的深度融合，研究出更耐膜污染、過濾效果更好及使用壽命更長的新型膜組件指日可待。但目前在工程應用中，運行人員需要及時觀察并記錄膜系統的膜通量、跨膜壓差、水力停留時間、進水水質及間歇運行，精準區分膜污染的類型，即時跟蹤膜污染的程度，選擇合適的膜清洗方法，才能延長膜系統的使用效果和使用壽命，降低運行成本。

參考文獻：

[1]俞開昌，文湘華，卜慶杰，等.次臨界通量下的膜污染機理研究[J].環境污染治理技術與設備，2004，5 （1）：23-27.

[2]陳冠輝，王建永，高彥林.次臨界膜通量下膜污染研究[J].環境科學與管理，2007，23（9）：92-94.

[3]聶煜東，李金，張賢明.水處理過程中膜污染問題及其預處理技術研究進展[J].化工進展，2021，40（4）：2278-2289.

[4]曹占平，張宏偉，張景麗.污泥齡對膜生物反應器污泥特性及膜污染的影響[J].中國環境科學，2009，29（4）：386-390.

[5]陳康，王新華，李秀芬，等.鈣離子對短期膜污染的影響[J].環境工程學報，2012，6（2）：471-476.

第一作者：王瑩，紹興市清能環保有限公司，碩士研究生，水處理技術員，主要從事水處理方向的研究