淺談火力發(fā)電廠全膜系統(tǒng)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(shù)廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠最主要的原因是膜污染，精確區(qū)分膜污染類(lèi)型，選擇有效的膜污染預(yù)防和清洗方式，有利于延長(zhǎng)膜系統(tǒng)使用壽命和降低運(yùn)行成本。通過(guò)對(duì)膜污染的機(jī)理進(jìn)行分類(lèi)，從膜通量、跨膜壓差、水力停留時(shí)間、進(jìn)水水質(zhì)及間運(yùn)行等方面進(jìn)行研究分析，及時(shí)了解和掌握膜污染的成因和污染程度，為火力發(fā)電廠的技術(shù)人員提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：全膜系統(tǒng);膜污染;膜通量

中圖分類(lèi)號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

引言

近年來(lái)，膜處理技術(shù)得到了快速發(fā)展，由于其占地面積小、操作方便、生產(chǎn)穩(wěn)定及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)火力發(fā)電廠化水處理系統(tǒng)中得到快速應(yīng)用。但是，膜污染始終是阻礙膜技術(shù)廣泛應(yīng)用的最大原因。本文對(duì)膜污染的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，從膜通量、跨膜壓差、水力停留時(shí)間、進(jìn)水水質(zhì)及間歇運(yùn)行等方面進(jìn)行研究分析，為火力發(fā)電廠化水系統(tǒng)的工作人員提供技術(shù)參考，希望推進(jìn)膜處理技術(shù)在火力發(fā)電廠的化水系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 膜污染的分類(lèi)及產(chǎn)生機(jī)理

精準(zhǔn)區(qū)分膜污染的各種類(lèi)型，選擇針對(duì)性的膜清洗方法，對(duì)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(zhì)及膜污染成因來(lái)分類(lèi)，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(yùn)行的基本參數(shù)，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(yùn)行條件下，膜通量低于臨界通量，從而使膜設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。次臨界通量下，膜污染分為緩慢發(fā)展和快速發(fā)展兩個(gè)階段。在壓力驅(qū)動(dòng)下，小膠體和大分子溶解性有機(jī)物吸附在膜表面，造成膜孔徑變小，此時(shí)膜污染緩慢發(fā)展;當(dāng)大量的膜孔徑堵塞，膜表面形成致密的沉積層，此時(shí)膜污染快速發(fā)展。俞開(kāi)昌等[1]通過(guò)通量階式遞減法發(fā)現(xiàn)，曝氣強(qiáng)度增加會(huì)提高氣水二相流的紊動(dòng)性，進(jìn)而增大臨界通量，剛運(yùn)行的膜系統(tǒng)在次臨界通量下運(yùn)行穩(wěn)定，膜污染速率緩慢增長(zhǎng)。膜系統(tǒng)長(zhǎng)期處于次臨界通量運(yùn)行，膜污染增長(zhǎng)速率小但在緩慢積累，最終導(dǎo)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(guān)趨勢(shì)。當(dāng)操作壓力小于臨界值時(shí)，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%?？赡艿脑蚴遣煌僮鲏毫ο拢纬傻臑V餅層厚度不同：操作壓力高時(shí)，初端濾餅層較密實(shí)，膜通量比初端縮減幅度明顯;而操作壓力低時(shí)，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(shí)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(yíng)養(yǎng)補(bǔ)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(shí)，HRT太短會(huì)導(dǎo)致溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）累積，SMP 濃度越高，沉積層的結(jié)構(gòu)就會(huì)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(zhì)含量提高，胞外聚合物的流動(dòng)性增強(qiáng)更容易進(jìn)入膜孔，降低膜的透水率和誘發(fā)膜污染[3]。污泥停留時(shí)間（SRT）隨著 HRT 的增加而增加，適當(dāng)?shù)脑黾?SRT 可減少 SMP 含量，進(jìn)而抑制膜污染。但 SRT 并不是越大越好，太大會(huì)加重微生物的內(nèi)源呼吸，導(dǎo)致膜污染增加。通過(guò)對(duì) 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(fā)的比阻始終控制在較低水平[4]。

2.4 進(jìn)水水質(zhì)

進(jìn)水水質(zhì)中的污染物種類(lèi)、溫度、pH、DO 及污染物濃度等都會(huì)影響膜污染程度。水中的鈣、鎂及磷等會(huì)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(qiáng)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(guò)量的鈣離子會(huì)增加無(wú)機(jī)顆粒的粒徑，導(dǎo)致膜的滲透性變差。由于使用的膜性質(zhì)、進(jìn)水水質(zhì)及運(yùn)行方式不同，鈣離子的最佳濃度也不同。pH 會(huì)影響 RH 和 Zeta 電位，還會(huì)對(duì)膜面改性，進(jìn)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(zhì)含量逐漸增多，在高溫下產(chǎn)生更多不可逆污染。存在一個(gè) pH值臨界點(diǎn)，當(dāng) pH值大于此臨界點(diǎn)時(shí)膜污染迅速增加，臨界點(diǎn)隨溫度的升高而降低。

2.5 間歇運(yùn)行

火力發(fā)電廠由于其特殊性對(duì)水量的要求存在波動(dòng)，對(duì)于一些需水量小的火力發(fā)電廠，為了降低運(yùn)行成本和維持穩(wěn)定的供水量，設(shè)置除鹽水箱來(lái)收集膜系統(tǒng)的產(chǎn)水，膜系統(tǒng)經(jīng)常間歇運(yùn)行。間歇運(yùn)行對(duì)控制膜污染的發(fā)展進(jìn)程有較為顯著的貢獻(xiàn)，但停抽時(shí)間不能很長(zhǎng)，否則會(huì)降低其去除效果和產(chǎn)水負(fù)荷。間歇運(yùn)行的間隔時(shí)間越短，頻繁起停產(chǎn)生的水錘會(huì)破壞膜系統(tǒng)的密封性;間隔時(shí)間越長(zhǎng)，殘留在膜組件內(nèi)的微生物會(huì)大量繁殖，進(jìn)而影響膜系統(tǒng)的性能。

3 結(jié)論

隨著材料領(lǐng)域的不斷發(fā)展和各學(xué)科間的深度融合，研究出更耐膜污染、過(guò)濾效果更好及使用壽命更長(zhǎng)的新型膜組件指日可待。但目前在工程應(yīng)用中，運(yùn)行人員需要及時(shí)觀察并記錄膜系統(tǒng)的膜通量、跨膜壓差、水力停留時(shí)間、進(jìn)水水質(zhì)及間歇運(yùn)行，精準(zhǔn)區(qū)分膜污染的類(lèi)型，即時(shí)跟蹤膜污染的程度，選擇合適的膜清洗方法，才能延長(zhǎng)膜系統(tǒng)的使用效果和使用壽命，降低運(yùn)行成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]俞開(kāi)昌，文湘華，卜慶杰，等.次臨界通量下的膜污染機(jī)理研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)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(huán)境科學(xué)與管理，2007，23（9）：92-94.

[3]聶煜東，李金，張賢明.水處理過(guò)程中膜污染問(wèn)題及其預(yù)處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2021，40（4）：2278-2289.

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

[5]陳康，王新華，李秀芬，等.鈣離子對(duì)短期膜污染的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6（2）：471-476.

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