陶瓷膜在水處理中的應(yīng)用

紀(jì) 煜，渠慧英

（北方聯(lián)合電力有限責(zé)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(zhì)資源之一，但是隨著社會的進步，人口的增長以及工農(nóng)業(yè)的發(fā)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(jīng)濟發(fā)展速度，尤其是電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(xiàn)實意義和實用價值。

1 陶瓷膜簡介與應(yīng)用

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

2 陶瓷膜在鍋爐補給水處理的應(yīng)

2.1 鍋爐補給水處理系統(tǒng)設(shè)備運行問題

臨河電廠原設(shè)計水源為臨河第一污水處理廠再生水，污水的本底水質(zhì)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(zhì)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(fā)而使得污水濃縮，污水水質(zhì)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(tǒng)。其中水中陽離子、陰離子及常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)檢測分析結(jié)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(tǒng)的補充水水源，致使原鍋爐補給水處理系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)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(dǎo)致反滲透進水流量不足，影響機組安全穩(wěn)定運行等?；谶@些原因，臨河電廠針對鍋爐補給水處理系統(tǒng)進行改造。

表1 臨河電廠源水水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)檢測結(jié)果

2.3 鍋爐補給水處理系統(tǒng)改造方案應(yīng)用

針對臨河電廠水質(zhì)情況和對鍋爐補給水處理系統(tǒng)問題分析，對鍋爐補給水處理系統(tǒng)提出三個改造方案。對三個方案主要進行技術(shù)經(jīng)濟對比分析，結(jié)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(huán)泵；方案2：更換疊片過濾器，超濾前新增活性炭過濾系統(tǒng)，4套超濾繼續(xù)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(huán)泵。方案3：更換疊片過濾器，4套超濾繼續(xù)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(huán)泵，即方案三與方案二相比，取消了活性炭過濾系統(tǒng)。

表2 三個方案的經(jīng)濟性比較

表2（續(xù)）

由表2可知在方案一具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)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(tǒng)實現(xiàn)：1）超濾裝置的出力達到設(shè)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(zhì)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(xué)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(yīng)用

工業(yè)廢水是造成環(huán)境污染的重要原因。其水質(zhì)成分復(fù)雜，性質(zhì)多變，且存在一些未解決的技術(shù)問題，給傳統(tǒng)的污水處理工藝帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。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(yīng)性強，運行穩(wěn)定；不需投加其他物質(zhì)，不改變分離物質(zhì)的性質(zhì)等特點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理領(lǐng)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(zhì)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(chǎn)水濁度

研究結(jié)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(xué)穩(wěn)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(zhì)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(dǎo)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(dāng)膜表面或膜孔內(nèi)的吸附位被占據(jù)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(zhì)，也能影響膜的過濾效果。

表3 某化工廢水原水水質(zhì)

4 結(jié)論

城市中水及工礦企業(yè)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(yè)的廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，性質(zhì)多變，有機物含量高，對膜處理技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)，使得有機超濾膜在運行過程中出現(xiàn)了較多問題。在這樣的大環(huán)境下，無機陶瓷膜應(yīng)運而生，能夠在苛刻的水質(zhì)條件下，尤其是針對工業(yè)廢水領(lǐng)域，能夠長時間運行，出水水質(zhì)穩(wěn)定，便于清洗維護，操作簡單。對比傳統(tǒng)的有機超濾膜有顯著優(yōu)勢，隨著制作工藝的改進，陶瓷膜在日益惡化的水環(huán)境中會越來越發(fā)揮出優(yōu)越的性能。