摘要：某電廠超濾（UF）系統(tǒng)進水水源由市政自來水更改為中水,以實現(xiàn)中水資源的回收利用。研究了水源切換期間,UF系統(tǒng)各項性能參數(shù)的變化。發(fā)現(xiàn)水源變化對UF系統(tǒng)進水與產(chǎn)水濁度影響較小,而UF系統(tǒng)的運行方式對進水與產(chǎn)水濁度影響明顯,與連續(xù)運行相比,UF系統(tǒng)間歇運行時進水濁度上升了162.5%,而產(chǎn)水濁度基本一致;


UF系統(tǒng)的除濁率與進水濁度之間存在良好的線性關(guān)系,進水濁度越大,除濁率越高;使用中水后UF系統(tǒng)的跨膜壓差升高了30%。綜合分析UF系統(tǒng)每日運行數(shù)據(jù)表明,不連續(xù)運行方式以及進水水質(zhì)惡化是造成UF系統(tǒng)跨膜壓差上升的主要因素。

關(guān)鍵詞:火電廠;中水;超濾;濁度;除濁率;跨膜壓差

隨著水資源的日益匱乏,目前越來越多的新建電廠選擇中水作為循環(huán)冷卻水和鍋爐補給水的水源[1,2,3]。超濾膜技術(shù)由于具有透水量高、分離效率高、占地面積少以及運行管理簡單等優(yōu)點,在發(fā)電廠水處理領(lǐng)域得到越來越廣泛的應用[4,5]。本文研究了北京某電廠在建設(shè)調(diào)試階段,鍋爐補給水水源由市政自來水改為中水后,對超濾系統(tǒng)運行的影響,為電廠在建設(shè)調(diào)試以及生產(chǎn)運行過程中,預防超濾膜的污堵,延長超濾膜的使用壽命,提供了重要的參考。

1超濾系統(tǒng)運行參數(shù)

該電廠的超濾系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。來水經(jīng)過孔徑可調(diào)節(jié)型（PCF）纖維過濾器處理后,再經(jīng)超濾（UF）系統(tǒng)處理,產(chǎn)水進入后續(xù)水處理工序。UF系統(tǒng)共有4套UF裝置,在本文中命名為1~4號;UF膜型號為旭化成、MicrozaUNA-620A系列;UF系統(tǒng)設(shè)計回收率≥90%,單套裝置的設(shè)計流量為60m3/h。

UF系統(tǒng)由電腦程序控制運行,UF系統(tǒng)啟動時會觸發(fā)PCF纖維過濾器的自動啟動,UF膜每運行30min自動進行一次反洗;每累計運行24h進行一次增強通量維持（enhancedfluxmaintenance,EFM）清洗。反洗與EFM清洗均投次氯酸鈉殺菌劑。


圖1超濾超濾系統(tǒng)系統(tǒng)工藝示意

PCF系統(tǒng)的進水由調(diào)試初期的市政自來水,后改為中水。本文將研究水源由市政自來水改為中水對UF系統(tǒng)各項運行指標的影響,UF系統(tǒng)具體的運行狀態(tài)見表1。其中,無間歇連續(xù)制水是指以天為時間單位連續(xù)進行制水,若間隔一天及以上運行UF系統(tǒng)進行制水,則稱之為非連續(xù)性制水。UF系統(tǒng)的各項指標由在線儀表進行監(jiān)控,本文中每個數(shù)據(jù)點代表系統(tǒng)在80min內(nèi)該指標的平均值;濁度單位均為比濁法濃度單位NTU（nephelometricturbidity,NTU）。

表1不同日期系統(tǒng)的運行方式與使用水源


2結(jié)果與討論

圖2表2顯示了UF系統(tǒng)在不同階段進水與產(chǎn)水的濁度變化。從表2可以看出,在第一階段（06-05—06-08）,以自來水作為水源時,UF系統(tǒng)進水濁度平均值為0.22NTU;在第二階段（06-17—07-05),以中水為水源非連續(xù)制水時,UF系統(tǒng)進水濁度平均值為0.42NTU;而在第三階段（07-06—07-12）,使用中水為水源進行連續(xù)制水時,UF進水濁度平均值在0.16NTU。

比較這3個階段的UF系統(tǒng)進水水質(zhì),可以發(fā)現(xiàn)在連續(xù)制水階段（第一階段與第三階段）,以中水或者自來水作為水源,UF進水濁度均在0.2NTU左右;由于中水的濁度比自來水的濁度高,說明PCF過濾器能夠?qū)⑺锤鼡Q帶來的影響基本消除,使得UF系統(tǒng)進水濁度相對穩(wěn)定;在自來水改中水的過渡階段（第二階段）,UF系統(tǒng)的進水濁度比第三階段上升了162.5%。

進水濁度突然增大的可能原因,在于水源更換的初期,中水的輸水管道剛開始投用,管道相對較臟,對進水造成污染;與此同時,系統(tǒng)采用間歇性制水方式,管道在被中水浸泡過夜后,管壁腐蝕對中水進一步造成污染,使得中水濁度明顯上升。


圖2UF系統(tǒng)的進、出水濁度

表2UF系統(tǒng)在不同階段進水與產(chǎn)水濁度的平均值、平均除濁率、跨膜壓差


圖2b）為不同階段UF系統(tǒng)的產(chǎn)水濁度。從圖中可以看出,盡管不同階段UF系統(tǒng)的進水濁度有較大差異,但UF系統(tǒng)的產(chǎn)水濁度卻能穩(wěn)定在0.025NTU左右。從圖中可以發(fā)現(xiàn),在使用中水的第二階段與第三階段,UF系統(tǒng)產(chǎn)水濁度要比在使用自來水的第一階段略高。在第三階段,即使UF系統(tǒng)進水濁度最低,其產(chǎn)水濁度也比較高,這表明UF系統(tǒng)的除濁率并不保持在一個穩(wěn)定值。

圖3顯示了在不同運行階段,每一天不同時間段的UF進水濁度。從圖中可以看出,在采用自來水（圖3a））與中水（圖3c））進行連續(xù)制水時,UF進水濁度穩(wěn)定在0.4NTU以下。而在中水改自來水的過渡階段（圖3b））,在不同時間段,UF進水濁度變動較大,且呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律,即系統(tǒng)啟動初期,UF進水濁度較大,約在0.8NTU左右,隨著系統(tǒng)的不斷運行,濁度逐漸降低至0.2NTU左右。

值得注意的是,在07-05日的13:20—16:00時間段,由于系統(tǒng)沒有進行制水,水在管道中放置約3h后,UF進水濁度又有明顯上升。這說明在此階段,管道中的中水在每次放置過夜或者較長時間后,管道的腐蝕會使得中水濁度上升。


圖3不同階段每日UF系統(tǒng)的進水濁度

圖4顯示了除濁率與UF系統(tǒng)進水濁度之間的關(guān)系。從圖4a）可以發(fā)現(xiàn),在不同階段,UF系統(tǒng)的進水濁度與其除濁率均具有一致的變化趨勢：當UF系統(tǒng)的進水濁度增大時,其除濁率也相應提高,反之,當進水濁度減小時,其除濁率也相應減小。

以某一日期（07-10）進水濁度為橫坐標,除濁率為縱坐標作圖,可以發(fā)現(xiàn)每套UF裝置的進水濁度與除濁率之間,都存在良好的線性關(guān)系,1~4號UF組件的線性相關(guān)系數(shù)分別為0.94,0.98,0.84,0.85,如圖4b）所示。進水濁度與UF除濁率之間的這種線性關(guān)系,其可能的原因在于：當進水濁度較大時,會有更多的雜質(zhì)被UF膜截留,而被截留的雜質(zhì)附著于UF膜表面,起到截留更多雜質(zhì)的作用,使得UF膜的除濁率增大。類似的現(xiàn)象在空氣過濾領(lǐng)域比較常見[6]。


圖4進水濁度與平均除濁率隨時間變化關(guān)系

圖5a）顯示了不同階段內(nèi)UF膜跨膜壓差日平均值的變化。從圖中可以看出,當制水系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)時,在第一階段（06-05—06-08）和第三階段（07-06—07-12）,UF膜的跨膜壓差相對穩(wěn)定,分別為20與26kPa,使用中水為水源后UF系統(tǒng)過濾跨膜壓差上升了30%。而在第二階段（06-17—07-05）,使用中水間歇性制水時,UF膜跨膜壓差不斷上升,在第二時段,系統(tǒng)進行過一次EFM清洗,因此,在07-05當日UF膜跨膜壓差又出現(xiàn)下降。


圖5UF系統(tǒng)跨膜壓差隨日期的變化及每日不同時間段跨膜壓差的變化

對每一套UF膜每天的跨膜壓差數(shù)據(jù)進行比較,如圖5b）~d）所示,可以發(fā)現(xiàn)：無論是使用自來水或者中水進行連續(xù)制水,UF膜的跨膜壓差均能保持相對穩(wěn)定,如圖5b）與d）。說明當UF系統(tǒng)進水水質(zhì)穩(wěn)定時,通過定期對UF反洗與EFM清洗,能夠保持膜表面相對清潔,雜質(zhì)不會在UF膜表面持續(xù)聚集。

當使用中水為水源間歇性制水時,UF膜跨膜壓差有比較明顯的上升,如圖5c）所示。在這一階段,UF進水濁度非常高,而通過上文的分析：濁度越高時,UF膜的除濁率越大,這就意味著更多的雜質(zhì)會被UF膜所截留,造成UF膜的污染加重。在此階段,UF系統(tǒng)的清洗已經(jīng)不能完全保持膜表面的清潔,需要加強EFM清洗,減輕膜表面的污染。

通過圖5a）、b）與d）可以發(fā)現(xiàn),在使用中水連續(xù)制水后,UF膜的跨膜壓差比使用自來水時上升了30%,而在這一階段,UF進水濁度比較低,除濁率也相對較低,理論上對UF膜的污染會減弱。這表明在第三階段即使進行了EFM清洗,也很難使得UF膜恢復到原有跨膜壓差值,膜表面受到的污染難以消除。

3結(jié)語

本文分析了UF系統(tǒng)進水水源由市政自來水改為中水后,產(chǎn)水濁度、除濁率、過濾膜跨膜壓差的變化,得到以下主要結(jié)論：改用中水的初期,制水系統(tǒng)采用不連續(xù)運行方式時,UF系統(tǒng)進水的濁度明顯上升;UF系統(tǒng)的除濁率與進水濁度之間存在線性關(guān)系,進水濁度越大,除濁率越高,相應的,超濾膜也越容易發(fā)生堵塞,造成超濾膜跨膜壓差的上升;

使用中水后,超濾膜的跨膜壓差比使用市政自來水時上升了30%。因此,在電廠調(diào)試以及生產(chǎn)運行期間,當補給水系統(tǒng)的水源發(fā)生改變時,應及時監(jiān)測UF系統(tǒng)給水水質(zhì)的變化,水質(zhì)惡化時要增加UF系統(tǒng)的清洗頻率,減少超濾膜的堵塞。