超滤技术及其在火电厂水处理工艺中的应用.pdf

湖南电力
第30卷第4期
HUNAN ELECTRIC POWER
2010年8月
doi:10.3969/j.jss.1008-0198.2010.04.00
く安全与综合
超滤技术及其在火电厂水处理工艺中的应用
王凌
(湖南省电力公司试验研究院,湖南长沙410007)
摘要:介绍超滤膜工艺理论、制膜材料、应用状况及发展前景,论述了膜的污染及处
理方法。
关键词:超滤;水处理
中图分类号:TM621.8文献标识码:B文章编号:1008-0198(2010)04-002604
人口的不断增长及工业的快速发展使水环境受增加膜的抗压强度的作用。在火电厂水处理中,主
到的污染愈加严重,因此造成水资源短缺和水环境·要用来去除水中有机物、微生物、胶体和无机氧化
污染现象日趋严峻。火力发电工业中,随着机组向物等。对于大于膜孔径的溶质分子或微粒,超滤主
大容量高参数特点发展,火电机组对补给水品质及要起机械筛分截留的作用,而分离小于膜孔径的溶
生产稳定性的要求越来越高。对环境问题的日益重质分子及微粒则是由膜材料对溶质的吸附作用来完
视也要求火电厂对降低各类水工艺的排污率及减少成。
酸碱耗量提出了更高的要求,因此传统的“混凝1.2超滤膜及其装置分类
沉淀一过滤一离子交换树脂”工艺面对这些更高1.2.1超滤膜(中空纤维膜)按膜管过滤方向可
的要求已力不从心。目前国内外火力发电厂中,水分为外压式和内压式,外压式过滤是指进水由膜表
处理过程中愈来愈多采用的是膜分离技术,其中超面经滤膜过滤至膜内部,汇流至产水管道,内压式
滤技术是应用最为广泛的水处理新技术之一。
则相反。外压式超滤膜元件的特点是膜丝外空间
大,膜表面积较大,水通量较大,运行时纳污量
1超滤技术简介
大、抗堵塞,对原水水质要求低,适用水质范围较
传统的水处理工艺运行周期短,成本高,操作,适用于污水处理或原水水质波动较大的系统,
复杂,运行产生的废酸废碱对环境污染大的缺点越但膜内死角多,不易清洗,需空气擦洗辅助;内压
来越影响到火电厂化学运行的安全性、经济性和环式超滤膜元件膜丝内部孔道小,膜表面积和水通量
保性。超滤技术具有设备占地面积小,处理水量较小,对进水悬浮物含量要求较严,适用于原水水
大,处理后水质优良,操作简单、运行成本低廉,
质较好的水处理系统,在相同流量下与外压式相
环保等特点。有研究表明,在产水量小于4000m23比,错流过滤效果好,污染物质不易沉积。
1.2.2超滤装置按过滤方式也可分为全量过滤和
的工艺要求下,采用超滤水处理技术的生产成本远
错流过滤。前者适合于超滤进水浊度小于17NTU
低于传统工艺。在火电厂水处理工艺中,超滤
的情况,特点是过滤面积大,产水量大,原水利用
(UF)通常作为反渗透(RO)或离子交换器的预
率高;后者适合于超滤进水浊度在17~80NTU的
处理工艺。
情况或者原水水质不稳定的情况,错流过滤的特点
1.1超滤技术原理
超滤膜多数为非对称膜,分离层为表皮层0.1
是减缓了膜内污染,延长了运行周期
1.2.3超滤膜按材质分类,主要为聚碳(PSu)、
Im,下为支撑层厚度大于100pm,起支撑和
收稿日期:2010-05-05
第30卷第4期
王凌:超滤技术及其在火电厂水处理工艺中的应用
2010年8月
聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯2.1.4混凝+生物预处理+超滤
(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)和无机陶瓷等。
生物预处理(BAF)是借助于微生物群体的新
1.2.4超滤膜装置按应用模式可分为浸没式和组陈代谢活动对水中的氨、氮和亚硝酸盐类有机污染
件式,其中组件式主要有卧式和立式布置,可并联物及铁、锰等无机污染物进行初步去除。而UF对
或串联运行。立式膜装置在反洗过程中比卧式膜装水中氨氮及有机物去除率较低。这样既改善了水的
置更容易冲洗出沉积,流量衰减低于卧式膜装置。混凝沉淀性能,也减轻了常规处理和后续处理过程
2超滤技术运行工艺
的负荷。
生物预处理技术可降解相对分子质量<1500
1超滤净水工艺
的有机物,以提高整个给水处理工艺对有机物的去
原水超滤技术
除效果。常规的给水处理工艺,即混凝、沉淀和过
原水超滤技术是指将原水直接应用于超滤,此滤主要去除相对分子质量>10000以上的有机物
工艺由于其膜污染严重,制水量衰减较快,反洗频对低分子质量有机物去除率低,特别是对相对分子
繁,对膜本身的损伤较大,已较少应用于火电厂水质量<500的有机物几乎没有去除能力,而相对分
处理。
子质量小于3000的有机物,亲水性的可生化部分
2.1.2混凝艹超滤混凝超滤工艺
可用BAF去除,憎水难降解部分以及细菌和病毒
采用传统的混凝工艺,通过混凝剂的絮凝作用用UF去除。因此混凝+生物预处理+超滤的工艺
使小分子有机物或微小颗粒杂质结成平均粒径较大组合互为补充,是提高产水水质的最佳工艺之一。
的絮体,经超滤处理后,改善了出水水质,特别是2.1.5胶束强化超滤
有机物的含量。由于原水水质日益恶化,若混凝之
胶束强化超滤(MEUF)是将表面活性剂的胶
后的水体直接进入超滤,势必造成膜污染严重,产团增溶作用和超滤膜分离作用结合起来的水处理技
水效率下降,因此,通常釆用混凝沉降澄清后的出术。表面活性剂分子在水中进行聚集,形成胶束,
水作为超滤进水。对于制水量要求较大,水质要求当胶束浓度达到某一限值(临界胶東浓度),则形
较高的大型机组,一般在混凝沉降澄清之后加设各成表面活性剂胶团。胶团对水中不溶或微溶的有机
类滤池,如空气擦洗过潓器等,既降低了超潓处理物和重金属离子有强烈的吸附作用,使水中污染物
负担,也大大缓解了膜污染,是值得推荐的超滤预质转移到胶团中,经过超滤膜过滤时被截留,从而
处理工艺。
使水得到净化。胶束强化超滤技术工艺流程简单
2.1.3粉末活性碳+超滤
效果优良,但为达到临界胶束浓度,投加的表面活
以粉末活性炭(PAC)工艺作为超滤预处理。性剂量较大,经济徙不佳。目前,胶東强化超滤技
粉末活性炭对有机物特别是混凝工艺难以去除的小术多应用于受污染原水处理及エ业废水处理领域。
分子有机物有较强的吸附作用,而粉末活性碳的粒2.2超滤设备运行影晌因素
径约在10~50m,即便进入超滤系统,仍可被超2.2.1操作压力
滤膜截留。被超滤膜截留的粉末活性碳呈疏松态
超滤过程的动力源来自进出水两端的压力差。
容易被超滤常规冲洗去除,对超滤膜的产水率影响随着操作压カ的增加,透水量基本呈线性上升,但
较小,不会增加超滤膜的污染程度。粉末活性碳+透水量的衰减速率也随着操作压力的提高而增大,
超滤工艺的关键在于粉末活性碳的最佳投加量。投这是因为操作压力的提高将加剧浓差极化,在膜表
加量不足,水中有机物去除率偏低;投加量过大,面累积的高分子及胶体物质将形成所谓的第二动态
会导致膜孔堵塞,加剧膜污染,试验证明投加超过膜,即凝胶层,严重影响水流状态和增加水分子及
定量的粉末活性炭膜反而使膜通量快速下降。
低分子量物质的透过阻力,致使外界增加的压力与
为更好地去除水中有机物,出现了臭氧+粉末所产生的阻力相平衡,导致透水量急剧下降,因此
活性碳超滤工艺,臭氧可将水中的有机物氧化分超滤宜在尽可能低的操作压