反滲透膜在火電行業(yè)脫硫廢水處理中的應(yīng)用分析

史小麗

(新疆環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

火電廠作為我國(guó)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(zhuǎn)化到廢水中，形成了水質(zhì)變動(dòng)大、組成成份較復(fù)雜、水質(zhì)差等為主要特點(diǎn)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(guó)家對(duì)行業(yè)企業(yè)污水排放管理管控愈加嚴(yán)格，脫硫廢水的處理尤其是零排放處理技術(shù)越來越受關(guān)注。

目前，脫硫廢水零排放技術(shù)以膜濃縮減量法為最常見的處理工藝，一般先使用三聯(lián)箱對(duì)脫硫廢水進(jìn)行中和、沉淀、絮凝等預(yù)處理，使水質(zhì)達(dá)到了所使用膜的進(jìn)水水質(zhì)要求后才能進(jìn)行膜處理工序，最后在進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶的工序，來實(shí)現(xiàn)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(dāng)滲透達(dá)到平衡時(shí)，濃溶液側(cè)的液面會(huì)比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個(gè)壓差，此壓差即為滲透壓。人們?cè)跐馊芤阂粋?cè)施加一定的外界壓力，使溶劑反向運(yùn)動(dòng)即從濃溶液流向稀溶液測(cè)，溶質(zhì)被截留在濃溶液一側(cè)達(dá)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(jìn)，運(yùn)行成本低且操作也比較簡(jiǎn)單，在溶液分離、提取工藝中得到廣泛使用，而最普遍的應(yīng)用范例就是在水處理工藝中的應(yīng)用，無論是在飲用水凈水設(shè)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(shù)在水處理工藝中的應(yīng)用，反滲透膜可分為碟管式(DTRO)反滲透膜和網(wǎng)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(duì)高濃度廢水處理而開發(fā)，它把所有污染物質(zhì)包括氨氮等大于1nm的分子及離子截留，從而達(dá)到處理各種污水的目的。碟管式膜組件主要由RO膜片、導(dǎo)流盤、中心拉桿、外殼、兩端法蘭各種密封件及聯(lián)接螺栓等部件組成。把過濾膜片和導(dǎo)流盤疊放在一起，用中心拉桿和端蓋法蘭進(jìn)行固定，然后置入耐壓外殼中，就形成一個(gè)碟管式膜組件。

料液通過膜堆與外殼之間的間隙后通過導(dǎo)流通道進(jìn)入底部導(dǎo)流盤中，被處理的液體以最短的距離快速流經(jīng)過濾膜，然后180?逆轉(zhuǎn)到另一膜面，再?gòu)牧魅氲较乱粋€(gè)過濾膜片，從而在膜表面形成導(dǎo)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(jìn)料端法蘭處流出。料液流經(jīng)碟管式反滲透膜的同時(shí)，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(dǎo)流盤上的O型密封圈隔離。

2.2 網(wǎng)管式(STRO)反滲透膜

網(wǎng)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(dòng)阻力，降低濃差極化，便于膜清洗；耐壓范圍高，可達(dá)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(jí)。同種水質(zhì)在膜通量一定的條件下，膜的耐壓等級(jí)越高，該膜系統(tǒng)能到達(dá)的回收率就越高。但高耐壓力對(duì)處理系統(tǒng)中高壓泵、循環(huán)泵閥門等設(shè)備的要求就越高，成本也隨之提高。目前運(yùn)用9.0MPa運(yùn)行的STRO膜系統(tǒng)較為常見，可實(shí)現(xiàn)約75%的回收率，滿足了企業(yè)對(duì)于處理效率和成本控制的綜合考量,反滲透膜類型對(duì)比一覽表見表1。

表1 反滲透膜類型對(duì)比一覽表

3 廢水處理工程中的影響因素及運(yùn)行參數(shù)

3.1 反滲透膜的進(jìn)水水質(zhì)要求

為了防止對(duì)反滲透膜造成不可逆破壞，廢水在進(jìn)入反滲透膜之前都會(huì)進(jìn)行預(yù)處理已達(dá)到反滲透膜的進(jìn)水水質(zhì)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(jī)物對(duì)RO膜的影響最為復(fù)雜，應(yīng)盡量在凝聚澄清過程中去除有機(jī)物，還可采用活性碳過濾進(jìn)一步降低有機(jī)物含量。如原水的SDI大于5且濁度大于1.0，就必須在預(yù)處理單元的澄清工藝中加入混凝劑且要使用多介質(zhì)過濾器；如原水中SDI小于5且濁度小于1，預(yù)處理可考慮介質(zhì)過濾器和保安過濾器而不一定投加混凝劑，但需嚴(yán)格控制預(yù)處理混凝劑的使用量，防止對(duì)膜造成污染。

表2 反滲透膜進(jìn)水水質(zhì)要求

需要注意的是， 濃水不允許析出SiO2，當(dāng)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(jié)垢。造成后期膜污染較難清洗和處理，嚴(yán)重縮短膜使用壽命，使整個(gè)水處理工藝受到影響。所以必須降低SiO2濃度。

控制系統(tǒng)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(jìn)行石灰軟化來處理。在實(shí)際應(yīng)用中，進(jìn)行溫度控制也對(duì)防止SiO2結(jié)垢有一定的效果。

3.2 進(jìn)水壓力對(duì)反滲透膜的影響

進(jìn)水壓力本身并不會(huì)影響鹽透過量，但是進(jìn)水壓力升高使得驅(qū)動(dòng)反滲透的凈壓力升高，使得產(chǎn)水量加大，同時(shí)鹽透過量幾乎不變，增加的產(chǎn)水量稀釋了透過膜的鹽分，降低了透鹽率，提高脫鹽率。當(dāng)進(jìn)水壓力超過一定值時(shí)，由于過高的回收率，加大了濃差極化，又會(huì)導(dǎo)致鹽透過量增加，抵消了增加的產(chǎn)水量，使得脫鹽率不再增加。這一點(diǎn)在伊學(xué)農(nóng)等人對(duì)進(jìn)膜壓力對(duì)膜性能影響的研究中得到證實(shí)[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(jìn)水溫度對(duì)反滲透膜的影響

反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)對(duì)進(jìn)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(jìn)水水溫每升高1℃，產(chǎn)水量就增加2.5%～3.0%(以25℃為標(biāo)準(zhǔn))。反滲透膜適合的水溫為15～35℃[2]。

3.4 進(jìn)水pH值對(duì)反滲透膜的影響

進(jìn)水pH值對(duì)脫鹽率有較大影響。pH值在7.5～8.5之間，脫鹽率達(dá)到最高。也有研究表明，反滲透膜在pH為6～8時(shí)脫鹽率最高,超出此范圍脫鹽率都會(huì)明顯下降。在操作壓力、進(jìn)水水溫和水質(zhì)相同的條件下，pH對(duì)反滲透膜脫鹽率影響不明顯[2]。

pH對(duì)膜性能的影響微乎其微，是對(duì)水中很多離子產(chǎn)生影響從而影響到了膜系統(tǒng)的處理效果的。

3.5 進(jìn)水鹽濃度對(duì)反滲透膜的影響

滲透壓是水中所含鹽分或有機(jī)物濃度的函數(shù)，進(jìn)水含鹽量越高，濃度差也越大，透鹽率上升，從而導(dǎo)致脫鹽率下降。但若提高回收率，隨著進(jìn)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(shù)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(jìn)行膜的清洗。反滲透膜在不同的膜組合工藝應(yīng)用中清洗標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，就應(yīng)當(dāng)對(duì)膜進(jìn)行清洗處理了。張瑛潔等[3]通過采用多種化學(xué)清洗劑對(duì)超濾膜進(jìn)行清洗試驗(yàn)，驗(yàn)證幾種化學(xué)清洗劑對(duì)污染膜的清洗效果。韋貴菊等[4]指出需要針對(duì)膜污染物的性質(zhì)選擇不同的膜清洗方法，而且要注意到膜污染物質(zhì)間的協(xié)同作用。還需要根據(jù)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(zhǎng)膜的使用壽命。

5 結(jié)論及討論

眾多的資料和應(yīng)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(shí)際應(yīng)用中，找到各影響因素在處理過程中的平衡點(diǎn)尤為重要。

在脫硫廢水零排放處理工藝中，廢水的預(yù)處理(軟化、中和、絮凝、沉淀等)、膜系統(tǒng)的濃縮處理、蒸發(fā)結(jié)晶等處理工序是一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體處理過程，三者缺一不可，任一環(huán)節(jié)出問題都會(huì)直接影響脫硫廢水的處理效果。結(jié)合某企業(yè)"零排放"工藝處理系統(tǒng)的實(shí)地察看和資料的查閱，在工藝流程設(shè)計(jì)和實(shí)際投運(yùn)中有以下幾點(diǎn)問題值得注意：

(1)在預(yù)處理過程中，如有條件應(yīng)盡量采用基于水質(zhì)參數(shù)精準(zhǔn)預(yù)處理控制技術(shù)，這樣可以通過多個(gè)水質(zhì)參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)、傳輸及系統(tǒng)的控制，對(duì)處理模式、加藥控制等進(jìn)行智能而精準(zhǔn)的切換及調(diào)控，不僅可根據(jù)實(shí)時(shí)水質(zhì)變化達(dá)到最好的預(yù)處理效果，也有助于企業(yè)廢水處理成本控制，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的處理能力。

(2)在廢水預(yù)處理工藝中，設(shè)計(jì)沉淀物處理工序時(shí)，要根據(jù)鈣沉積物的特性(如碳酸鈣密度較大、硫酸鈣粘度較高等)進(jìn)行底泥處理工藝設(shè)計(jì)，避免運(yùn)行后無法正常壓濾排出造成整個(gè)處理過程頻繁停運(yùn)。

(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(huì)加重膜污染，根據(jù)處理水質(zhì)的實(shí)際情況尋找到保證水質(zhì)處理需要和膜影響最低平衡點(diǎn)時(shí)的藥劑加入量。