浸沒(méi)式超濾在電廠中水深度處理系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)及運(yùn)行

高燕寧，何彩燕，王 平

（河北省電力研究院，河北 石家莊 050021）

1 概 述

浸沒(méi)式超濾工藝是將膜組件或膜箱直接浸入到需要處理的水中，用泵或虹吸的方式建立負(fù)壓后，將水及溶解性小分子從膜中抽吸出，達(dá)到超濾的效果。該系統(tǒng)的占地面積小，能耗僅為0.1kW。ZeeWeed超濾膜是1種獨(dú)特的將水由外向內(nèi)負(fù)壓抽吸的PVDF中空纖維膜，膜孔徑為0.02～0.04μm，具有超常的物理化學(xué)耐受性，廣泛應(yīng)用于大型水廠及污水處理系統(tǒng)。

某熱電廠為2臺(tái)330MW亞臨界燃煤空冷供熱機(jī)組，該熱電廠的中水深度處理系統(tǒng)中采用了浸沒(méi)式超濾工藝。采用城市污水處理廠的出水作為生產(chǎn)用水，這種水再經(jīng)中水深度處理后，可作為輔機(jī)循環(huán)水和鍋爐給水等系統(tǒng)的補(bǔ)充水。污水處理廠的出水水質(zhì)，見(jiàn)表1所示。

表1 污水處理廠出水的水質(zhì)

（續(xù)表1）

2 中水深度處理系統(tǒng)的工藝流程

污水處理廠來(lái)水進(jìn)入電廠的中水深度處理站，在中水調(diào)節(jié)池中，加入殺菌劑和混凝劑后，經(jīng)過(guò)自反洗盤式過(guò)濾器和浸沒(méi)式超濾處理，可得到濁度小于0.4NTU的清水。再經(jīng)清水泵輸送至鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)，主要工藝流程如圖1所示。

圖1 中水深度處理系統(tǒng)制水流程

在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)某列盤式過(guò)濾器進(jìn)、出水的差壓達(dá)到0.02MPa（可調(diào)節(jié)）時(shí)，將自動(dòng)進(jìn)入反洗狀態(tài)，使用其它運(yùn)行列中的產(chǎn)水作為反洗水源。反洗時(shí)的進(jìn)水壓力不低于0.28MPa。對(duì)于浸沒(méi)式超濾設(shè)備，則每運(yùn)行28min（可調(diào)節(jié)）進(jìn)行1次反沖洗，其流程為超濾產(chǎn)水→反洗清水池→超濾產(chǎn)水泵→超濾膜箱，再進(jìn)入中水調(diào)節(jié)池中。

3 中水處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)

該電廠的中水深度處理系統(tǒng)額定出力為480 m3／h，出水水質(zhì)的控制指標(biāo)，如表2所示。

表2 中水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)

中水深度處理系統(tǒng)的出水，主要作為鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)用水及輔機(jī)循環(huán)冷卻水補(bǔ)水。反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水要求為：進(jìn)水SDI＜5；游離氯含量＜0.1mg／L；pH值7～8；濁度＜1NTU，用水量為130m3／h；輔機(jī)循環(huán)冷卻水的補(bǔ)水水質(zhì)要求：懸浮物＜20mg／L；pH值7～9；Cl－＜1000mg／L；補(bǔ)充水量為200m3／h，可滿足輔機(jī)循環(huán)水補(bǔ)水的要求指標(biāo)。

4 中水深度處理設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)

4.1 混凝

混凝劑采用5%～10%濃度的聚合鋁，加藥濃度控制為10～20mg／L。

4.2 盤式過(guò)濾器

盤式過(guò)濾器采用阿速德自動(dòng)反洗離心過(guò)濾系統(tǒng)，主要參數(shù)為：過(guò)濾精度100μm；過(guò)濾面積1.492cm2（單個(gè)濾元）；最大壓力0.98MPa；最大流量20m3／h；清洗流量14.4m3／h；清洗最小壓力0.294MPa。

4.3 浸沒(méi)式超濾

該廠的中水深度處理系統(tǒng)由4列并行的超濾裝置構(gòu)成，每列的額定出力為160m3／h，每列ZeeWeed超濾裝置由膜池、膜元件（組裝在膜箱內(nèi)）及超濾產(chǎn)水泵組成，超濾裝置膜材料的參數(shù)見(jiàn)表3所示。1臺(tái)水射器用以抽除超濾產(chǎn)水泵入口前的水中氣體。在系統(tǒng)反沖洗時(shí)，超濾產(chǎn)水泵從反洗清水池抽水反沖洗膜元件。每列超濾裝置由運(yùn)行模式開(kāi)關(guān)控制，可通過(guò)這些選擇開(kāi)關(guān)確定該列裝置運(yùn)行、沖洗或停運(yùn)狀態(tài)。

表3 超濾裝置的主要參數(shù)

4.4 超濾裝置的運(yùn)行工況

浸沒(méi)式超濾的進(jìn)水指標(biāo)應(yīng)達(dá)到表4中的要求。從表4可知，浸沒(méi)式超濾可適應(yīng)濁度＜100NTU的進(jìn)水水源，且對(duì)水中余氯無(wú)要求，表明可以對(duì)進(jìn)水采用較高濃度的次氯酸鈉、二氧化氯等氧化劑去除有機(jī)物和微生物，防止有機(jī)物和微生物對(duì)濾膜的污堵。反洗時(shí)，浸沒(méi)式超濾所需的運(yùn)行條件，如表5所示。

表4 浸沒(méi)式超濾的主要進(jìn)水參數(shù)

表5 浸沒(méi)式超濾的反洗控制條件

5 中水系統(tǒng)的出水水質(zhì)

在穩(wěn)定運(yùn)行工況下，中水深度處理系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)水、盤式過(guò)濾器出水和浸沒(méi)式超濾產(chǎn)水進(jìn)行取樣。分析后的主要水質(zhì)指標(biāo)，見(jiàn)表6所示。分析結(jié)果表明，浸沒(méi)式超濾對(duì)進(jìn)水中的濁物具有優(yōu)良的去除效果，去除效率達(dá)90%以上，同時(shí)，也可有效去除水中的有機(jī)物，CODcr去除率接近50%，但中水深度處理系統(tǒng)對(duì)溶解性離子的處理無(wú)顯著效果。從表6數(shù)據(jù)可知，盤式過(guò)濾器可有效去除懸浮物，故將其作為超濾的前處理，有利于減輕超濾的污堵，可顯著延長(zhǎng)超濾的反洗周期。表6中的水質(zhì)分析結(jié)果是該系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行一周后，其相關(guān)指標(biāo)的平均值。

表6 中水深度處理系統(tǒng)的水質(zhì)指標(biāo)

對(duì)超濾系統(tǒng)進(jìn)出水進(jìn)行ICP分析，結(jié)果見(jiàn)表7所示。ICP的分析結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)后，基本去除了鐵、鋁、錳等膠體物質(zhì)，適應(yīng)后續(xù)反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)要求；對(duì)鈣、鎂、硅等垢類無(wú)機(jī)鹽成分的變化不大，符合理論結(jié)果。

表7 超濾系統(tǒng)進(jìn)出水ICP分析結(jié)果 mg／L

6 系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化

（1）在初始設(shè)計(jì)中，超濾系統(tǒng)反洗排水是返回中水調(diào)節(jié)池的。經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的運(yùn)行，中水調(diào)節(jié)池水的濁度及固體懸浮物含量不斷增加，造成盤式過(guò)濾器壓差增大，達(dá)到設(shè)定的反洗參數(shù)臨界值，使系統(tǒng)頻繁啟動(dòng)進(jìn)行反洗，系統(tǒng)的周期制水量下降。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在超濾反洗水濁度超過(guò)10NTU，將反洗水改排至工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，可以消除對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。因此，在反洗水排至中水調(diào)節(jié)池的管道上加裝三通閥，根據(jù)反洗水濁度，適時(shí)選擇排水方式，可減少系統(tǒng)啟動(dòng)反洗的次數(shù)。

（2）運(yùn)行數(shù)月后，后續(xù)系統(tǒng)的反滲透過(guò)濾器的堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，平均每周就需更換過(guò)濾器的濾芯。經(jīng)分析，有機(jī)物生長(zhǎng)的代謝物或死亡后的產(chǎn)物釋放在濾芯上造成堵塞現(xiàn)象。將二氧化氯殺菌劑的投加量由初始5mg／L，提高至20mg／L，可緩解堵塞程度，濾芯的運(yùn)行時(shí)間將延長(zhǎng)3－6月。

7 結(jié) 語(yǔ)

浸沒(méi)式超濾可以適應(yīng)濁度＜100NTU的各種進(jìn)水水源，且對(duì)水中余氯無(wú)要求，表明可采用較高濃度的二氧化氯等氧化劑去除進(jìn)水中的有機(jī)物和微生物。

浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)對(duì)濁物的去除可超過(guò)90%，對(duì)COD的去除率接近50%，對(duì)氯離子等溶解性離子沒(méi)有明顯的去除作用。

運(yùn)行后，對(duì)超濾系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了改造和優(yōu)化，使其出水的濁度在0.2NTU以下，能夠滿足后續(xù)反滲透的進(jìn)水要求，同時(shí)，可滿足輔機(jī)循環(huán)水對(duì)補(bǔ)充水的水質(zhì)要求。

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