摘要：某電廠超濾（UF）系統(tǒng)進(jìn)水水源由市政自來(lái)水更改為中水,以實(shí)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(xiàng)性能參數(shù)的變化。發(fā)現(xiàn)水源變化對(duì)UF系統(tǒng)進(jìn)水與產(chǎn)水濁度影響較小,而UF系統(tǒng)的運(yùn)行方式對(duì)進(jìn)水與產(chǎn)水濁度影響明顯,與連續(xù)運(yùn)行相比,UF系統(tǒng)間歇運(yùn)行時(shí)進(jìn)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(jìn)水濁度之間存在良好的線性關(guān)系,進(jìn)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(yùn)行數(shù)據(jù)表明,不連續(xù)運(yùn)行方式以及進(jìn)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(lái)越多的新建電廠選擇中水作為循環(huán)冷卻水和鍋爐補(bǔ)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(yùn)行管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),在發(fā)電廠水處理領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)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(bǔ)給水水源由市政自來(lái)水改為中水后,對(duì)超濾系統(tǒng)運(yùn)行的影響,為電廠在建設(shè)調(diào)試以及生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中,預(yù)防超濾膜的污堵,延長(zhǎng)超濾膜的使用壽命,提供了重要的參考。

1超濾系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

該電廠的超濾系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。來(lái)水經(jīng)過(guò)孔徑可調(diào)節(jié)型（PCF）纖維過(guò)濾器處理后,再經(jīng)超濾（UF）系統(tǒng)處理,產(chǎn)水進(jìn)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(hào);UF膜型號(hào)為旭化成、MicrozaUNA-620A系列;UF系統(tǒng)設(shè)計(jì)回收率≥90%,單套裝置的設(shè)計(jì)流量為60m3/h。

UF系統(tǒng)由電腦程序控制運(yùn)行,UF系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)觸發(fā)PCF纖維過(guò)濾器的自動(dòng)啟動(dòng),UF膜每運(yùn)行30min自動(dòng)進(jìn)行一次反洗;每累計(jì)運(yùn)行24h進(jìn)行一次增強(qiáng)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(jìn)水由調(diào)試初期的市政自來(lái)水,后改為中水。本文將研究水源由市政自來(lái)水改為中水對(duì)UF系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)的影響,UF系統(tǒng)具體的運(yùn)行狀態(tài)見(jiàn)表1。其中,無(wú)間歇連續(xù)制水是指以天為時(shí)間單位連續(xù)進(jìn)行制水,若間隔一天及以上運(yùn)行UF系統(tǒng)進(jìn)行制水,則稱之為非連續(xù)性制水。UF系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)由在線儀表進(jìn)行監(jiān)控,本文中每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表系統(tǒng)在80min內(nèi)該指標(biāo)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(yùn)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(jìn)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(lái)水作為水源時(shí),UF系統(tǒng)進(jìn)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(shí),UF系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行連續(xù)制水時(shí),UF進(jìn)水濁度平均值在0.16NTU。

比較這3個(gè)階段的UF系統(tǒng)進(jìn)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(lái)水作為水源,UF進(jìn)水濁度均在0.2NTU左右;由于中水的濁度比自來(lái)水的濁度高,說(shuō)明PCF過(guò)濾器能夠?qū)⑺锤鼡Q帶來(lái)的影響基本消除,使得UF系統(tǒng)進(jìn)水濁度相對(duì)穩(wěn)定;在自來(lái)水改中水的過(guò)渡階段（第二階段）,UF系統(tǒng)的進(jìn)水濁度比第三階段上升了162.5%。

進(jìn)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(kāi)始投用,管道相對(duì)較臟,對(duì)進(jìn)水造成污染;與此同時(shí),系統(tǒng)采用間歇性制水方式,管道在被中水浸泡過(guò)夜后,管壁腐蝕對(duì)中水進(jìn)一步造成污染,使得中水濁度明顯上升。


圖2UF系統(tǒng)的進(jìn)、出水濁度

表2UF系統(tǒng)在不同階段進(jìn)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(jìn)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(lái)水的第一階段略高。在第三階段,即使UF系統(tǒng)進(jìn)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(gè)穩(wěn)定值。

圖3顯示了在不同運(yùn)行階段,每一天不同時(shí)間段的UF進(jìn)水濁度。從圖中可以看出,在采用自來(lái)水（圖3a））與中水（圖3c））進(jìn)行連續(xù)制水時(shí),UF進(jìn)水濁度穩(wěn)定在0.4NTU以下。而在中水改自來(lái)水的過(guò)渡階段（圖3b））,在不同時(shí)間段,UF進(jìn)水濁度變動(dòng)較大,且呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律,即系統(tǒng)啟動(dòng)初期,UF進(jìn)水濁度較大,約在0.8NTU左右,隨著系統(tǒng)的不斷運(yùn)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(shí)間段,由于系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行制水,水在管道中放置約3h后,UF進(jìn)水濁度又有明顯上升。這說(shuō)明在此階段,管道中的中水在每次放置過(guò)夜或者較長(zhǎng)時(shí)間后,管道的腐蝕會(huì)使得中水濁度上升。


圖3不同階段每日UF系統(tǒng)的進(jìn)水濁度

圖4顯示了除濁率與UF系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)水濁度與其除濁率均具有一致的變化趨勢(shì)：當(dāng)UF系統(tǒng)的進(jìn)水濁度增大時(shí),其除濁率也相應(yīng)提高,反之,當(dāng)進(jìn)水濁度減小時(shí),其除濁率也相應(yīng)減小。

以某一日期（07-10）進(jìn)水濁度為橫坐標(biāo),除濁率為縱坐標(biāo)作圖,可以發(fā)現(xiàn)每套UF裝置的進(jìn)水濁度與除濁率之間,都存在良好的線性關(guān)系,1~4號(hào)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(jìn)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(dāng)進(jìn)水濁度較大時(shí),會(huì)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(guò)濾領(lǐng)域比較常見(jiàn)[6]。


圖4進(jìn)水濁度與平均除濁率隨時(shí)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(dāng)制水系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),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(duì)穩(wěn)定,分別為20與26kPa,使用中水為水源后UF系統(tǒng)過(guò)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(shí),UF膜跨膜壓差不斷上升,在第二時(shí)段,系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)一次EFM清洗,因此,在07-05當(dāng)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(shí)間段跨膜壓差的變化

對(duì)每一套UF膜每天的跨膜壓差數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,如圖5b）~d）所示,可以發(fā)現(xiàn)：無(wú)論是使用自來(lái)水或者中水進(jìn)行連續(xù)制水,UF膜的跨膜壓差均能保持相對(duì)穩(wěn)定,如圖5b）與d）。說(shuō)明當(dāng)UF系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定時(shí),通過(guò)定期對(duì)UF反洗與EFM清洗,能夠保持膜表面相對(duì)清潔,雜質(zhì)不會(huì)在UF膜表面持續(xù)聚集。

當(dāng)使用中水為水源間歇性制水時(shí),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(jìn)水濁度非常高,而通過(guò)上文的分析：濁度越高時(shí),UF膜的除濁率越大,這就意味著更多的雜質(zhì)會(huì)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(qiáng)EFM清洗,減輕膜表面的污染。

通過(guò)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(lái)水時(shí)上升了30%,而在這一階段,UF進(jìn)水濁度比較低,除濁率也相對(duì)較低,理論上對(duì)UF膜的污染會(huì)減弱。這表明在第三階段即使進(jìn)行了EFM清洗,也很難使得UF膜恢復(fù)到原有跨膜壓差值,膜表面受到的污染難以消除。

3結(jié)語(yǔ)

本文分析了UF系統(tǒng)進(jìn)水水源由市政自來(lái)水改為中水后,產(chǎn)水濁度、除濁率、過(guò)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(yùn)行方式時(shí),UF系統(tǒng)進(jìn)水的濁度明顯上升;UF系統(tǒng)的除濁率與進(jìn)水濁度之間存在線性關(guān)系,進(jìn)水濁度越大,除濁率越高,相應(yīng)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(lái)水時(shí)上升了30%。因此,在電廠調(diào)試以及生產(chǎn)運(yùn)行期間,當(dāng)補(bǔ)給水系統(tǒng)的水源發(fā)生改變時(shí),應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)UF系統(tǒng)給水水質(zhì)的變化,水質(zhì)惡化時(shí)要增加UF系統(tǒng)的清洗頻率,減少超濾膜的堵塞。