膜處理技術(shù)用于電力行業(yè)污水處理

一、前言

在全球范圍內，隨著(zhù)人口的增長(cháng)和工業(yè)需求的不斷增加，淡水的供應日益短缺，而且費用也日益昂貴。同時(shí)，由于人們對環(huán)境污染的關(guān)注度日益提高，對污水的排放要求越來(lái)越高。2013年初，由于媒體陸續曝光部分地區工業(yè)水污染問(wèn)題，引起全社會(huì )輿論的持續發(fā)酵。國家也開(kāi)始對水資源的應用和污水排放采取更嚴格的管理措施。電力工業(yè)作為重要的能源行業(yè)，也是工業(yè)用水大戶(hù)，其在水資源綜合利用和污水處理方面的情況也自然而然成為關(guān)注的焦點(diǎn)。電力行業(yè)用水量占能源行業(yè)的80%以上，其中火電行業(yè)取水量更是占工業(yè)取水總量的1/6。由于電廠(chǎng)生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)和新技術(shù)的應用，電廠(chǎng)污水水質(zhì)較好，在水污染治理工作上比其他工業(yè)要好，尤其是先進(jìn)的膜處理工藝已經(jīng)成熟地應用到電廠(chǎng)的污水處理中。

二、膜處理技術(shù)簡(jiǎn)介

膜處理技術(shù)是20世紀后半葉發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)的水處理技術(shù)，膜是具有選擇性分離功能的材料。利用膜的選擇性分離實(shí)現料液的不同組分的分離、純化和濃縮的過(guò)程稱(chēng)作膜分離。它與傳統過(guò)濾的不同在于膜可以在分子范圍內進(jìn)行分離，并且這個(gè)過(guò)程是一種物理過(guò)程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。膜的孔徑一般為微米級，依據其孔徑的不同（或稱(chēng)為截留分子量），可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜。膜處理的出現使得海水淡化、苦鹽水應用成為現實(shí)，并成功運用在污水處理、飲用水處理及制藥、電力以及電子等高品質(zhì)用水行業(yè)中。

（1）微濾（MF）微濾能截留0.1~1mm之間的顆粒，微濾膜允許大分子有機物和溶解性固體（無(wú)機鹽）等通過(guò)，但能阻擋住懸浮物、細菌、部分病毒及大尺度的膠體的透過(guò)，微濾膜兩側的運行壓差（有效推動(dòng)力）一般為0.07MPa。

（2）超濾（UF）超濾是采用中空纖維過(guò)濾新技術(shù)，超濾壓力活性膜的微孔小于0.01mm，在壓力作用下截留水中膠體、顆粒和相對分子質(zhì)量較高的物質(zhì)，而水和小的溶質(zhì)顆粒透過(guò)膜分離，水分子和相對分子質(zhì)量小于300~500的溶質(zhì)透過(guò)膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留，從而使水得到凈化。能徹底濾除水中的細菌、病毒、蛋白質(zhì)和膠體等有害物質(zhì)，保留水中原有的微量元素和礦物質(zhì)。超濾裝置一般由若干超濾組件構成。通�？煞譃榘蹇蚴�、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種主要類(lèi)型。

（3）納濾（NF）納濾是一種特殊而又很有前途的分離膜品種，它因能截留物質(zhì)的大小約為1nm（0.001 μ m）而得名。納濾的操作區間介于超濾和反滲透之間，它截留有機物的相對分子質(zhì)量大約為200~400，截留溶解性鹽的能力為20%~98%，對單價(jià)陰離子鹽溶液的脫除率低于高價(jià)陰離子鹽溶液，如氯化鈉及氯化鈣的脫除率為20%~80%，而硫酸鎂及硫酸鈉的脫除率為90%~98%。納濾膜一般用于去除地表水的有機物和色度，脫除井水的硬度及放射性鐳，部分去除溶解性鹽，濃縮食品以及分離藥品中的有用物質(zhì)等，納濾膜兩側運行壓差一般為0.35~1.6MPa。

（4）反滲透（RO）由于反滲透過(guò)程簡(jiǎn)單，能耗低，現已大規模應用于海水和苦咸水淡化、鍋爐用水軟化和廢水處理，并與離子交換結合來(lái)制取高純水。反滲透膜非常致密，孔徑在0.1n m左右（相當于大腸桿菌的1/6 000，病毒的1/3 000）因此能有效地去除水中溶解的鹽類(lèi)、小分子有機物、膠體、微生物、細菌和病毒等。反滲透膜的分類(lèi)，按驅動(dòng)壓力可分為高壓、低壓和超低壓膜；按膜的形狀分為平板膜、中空纖維膜和管式膜；根據制膜方法可分為相轉化膜和復合膜。反滲透脫鹽系統包括預處理、反滲透、后處理三道工序。預處理的好壞與否對反滲透膜的運行有較大的影響。一級反滲透一般有75%的回收率，25%的濃水將被排掉。為了獲得較高水的回收率，一般采用多級和多段形式。兩級反滲透串聯(lián)可以制得高純水用于電廠(chǎng)鍋爐補水或制藥等。

在污水的處理、回用中，膜技術(shù)過(guò)程常用于二級處理后的深度處理中，多以微濾（M F）、超濾（U F）替代常規深度處理中的沉淀、過(guò)濾、吸附和除菌等預處理，以納濾（N F）、反滲透（R O）進(jìn)行水的軟化和脫鹽。在中水回用中，目前使用最多的是以M F、U F 與活性污泥組成的膜生物反應器（M B R）。在電力行業(yè)中，反滲透膜處理已經(jīng)是鍋爐水處理預脫鹽的必要的環(huán)節之一，同時(shí)在火電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水處理中也有應用；超濾作為反滲透的預處理單元或是用在電廠(chǎng)污水再生處理上，已經(jīng)有了越來(lái)越多的應用。

三、關(guān)鍵的預處理系統

為了保證膜的耐用性，膜處理對污水或原水的前處理比較嚴格，尤其是為了提高反滲透和納濾膜系統效率，必須對原水進(jìn)行有效的預處理，否則會(huì )造成膜污染、膜結垢、極化等問(wèn)題，影響產(chǎn)水量和水質(zhì)，嚴重時(shí)會(huì )造成膜報廢。針對原水水質(zhì)情況和系統回收率等主要設計參數要求，選擇適宜的預處理工藝，就可以減少污堵、結垢和膜降解，從而大幅度提高系統效能，實(shí)現系統產(chǎn)水量、脫鹽率、回收率和運行費用的最優(yōu)化。

一是要根據原水類(lèi)型和水質(zhì)進(jìn)行全面分析，設計合適的預處理系統和膜處理系統；二是要根據水質(zhì)設計合理的阻垢系統，包括加酸、加阻垢劑和石灰軟化等，降低結垢傾向；三是選擇可靠的預處理方式防止膠體污染和顆粒污染，比如多介質(zhì)過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器和超濾等；四是防止原水中含有的細菌、藻類(lèi)、真菌及病毒等微生物污染（產(chǎn)生生物膜影響產(chǎn)水，甚至會(huì )污染產(chǎn)水水質(zhì)），在前處理環(huán)節設計殺菌裝置十分必要。

預處理的方法見(jiàn)下表。

四、膜處理的優(yōu)缺點(diǎn)

膜技術(shù)在污水治理及回用中作為一項實(shí)用技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)一是出水品質(zhì)高，穩定可靠，膜處理幾乎可完全脫除懸浮物（S S）、一般的細菌、病毒以及大腸桿菌等，且可脫色，可以達到生活用水和飲用水標準；二是由于膜裝置占用的空間小，特別適合于老廠(chǎng)改造升級或建廠(chǎng)空間受限制的條件下采用；三是膜處理設備自動(dòng)化水平高，可以實(shí)現無(wú)人值守；四是膜處理工藝不需要大量的酸堿再生劑，管理簡(jiǎn)單，不會(huì )產(chǎn)生新的污染。

但是膜處理對水的預處理要求較高，同時(shí)水的回收率受技術(shù)限制不能做到100%，例如反滲透膜處理回收率根據原水的不同一般在50%~90%之間，一般只有75%。另外一個(gè)方面，由于反滲透的特點(diǎn)，原水中的微生物、鹽分被多倍濃縮了，對于濃水（高鹽水）的再處理目前沒(méi)有很好的解決辦法，電廠(chǎng)一般作為反洗過(guò)濾器用水、沖爐渣用水、綠化用水或在有擴散條件的地方進(jìn)行直接排放，國內外有部分單位開(kāi)展濃水的再應用研究，如采取蒸汽壓縮蒸發(fā)、水塘天然蒸發(fā)、石灰軟化等多種處理方法，均還沒(méi)有獲得成熟的廣泛的應用。因此隨著(zhù)水資源的日益緊張和零排放的要求，對于反滲透濃水再處理的技術(shù)應加緊研究攻克。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

五、污水膜處理的前景

隨著(zhù)工業(yè)發(fā)展和人們對飲用水要求的不斷提高，水處理行業(yè)將會(huì )得到進(jìn)一步的發(fā)展，膜處理由于其高效性、可靠性會(huì )得到越來(lái)越廣泛的應用。根據《“十二五”節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃》預測，到2015年，我國節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達到4.5萬(wàn)億元，增加值占國內生產(chǎn)總值的比重為2%左右。有關(guān)專(zhuān)家分析預測，僅自來(lái)水分離膜處理市場(chǎng)需求將達13億元，而污水處理及再生水生物膜處理市場(chǎng)就可達上百億元。膜材料及工程市場(chǎng)前景優(yōu)良，將獨立走上產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路。目前市場(chǎng)占有量比較大的膜元件供應商主要是歐美和日本公司，占有市場(chǎng)的絕大部分，在我國國內反滲透膜有80%都是進(jìn)口產(chǎn)品，而超濾和微濾膜約有30%為進(jìn)口，用于制作膜的原材料就有40%~70%是依賴(lài)進(jìn)口，大多數膜技術(shù)基本都掌握在G E、陶氏等跨國公司得手中。我國的膜處理技術(shù)也在不斷的發(fā)展中，并且研究和應用領(lǐng)域也非常廣泛，有多個(gè)大學(xué)和研究所都牽頭進(jìn)行了產(chǎn)學(xué)研開(kāi)發(fā)，但是質(zhì)量和產(chǎn)量上仍有差距，在市場(chǎng)推廣上還需努力，需要進(jìn)一步推進(jìn)水處理膜的科研和生產(chǎn)研究，進(jìn)一步提高質(zhì)量，為建設生態(tài)文明和美麗的中國做出積極貢獻。