內蒙古華電烏達熱電有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)烏達熱電)位于內蒙古自治區烏海市內，全廠(chǎng)水源原設計為近河道的自備井地下水。由于近年來(lái)內蒙古自治區不斷提升環(huán)保指標要求，烏達熱電需停止使用地下水作為全廠(chǎng)水源，生產(chǎn)用水水源改為當地市政污水廠(chǎng)達標排放水，黃河水作為備用水源，生活用水水源改為市政自來(lái)水。由于市政污水處理廠(chǎng)提供水源為低污染類(lèi)水源，有機物含量較高，為了節約用水，考慮新建規模為97m3/h的冷卻塔排污水回收系統。同時(shí)，考慮到系統運行安全和遠期擴建需要，設計建設3套每套出力為49m3/h的循環(huán)冷卻水回收系統，正常運行2套，循環(huán)備用1套。市政污水處理廠(chǎng)提供水源通過(guò)該回收系統處理后，作為電廠(chǎng)生水補充水源回用到電廠(chǎng)生產(chǎn)用水中。
1、水質(zhì)分析
烏達熱電水源由近河道地下水改為市政污水廠(chǎng)達標排放水，水源類(lèi)型由水質(zhì)優(yōu)異的地下水調整為受污染的回用水，使整個(gè)電廠(chǎng)水處理系統都面臨較大的運行風(fēng)險，因此，需要根據水源特性，選擇有針對性的工藝應對方案。項目配套的市政污水處理廠(chǎng)水源水質(zhì)和循環(huán)水排污水回用取水點(diǎn)采樣水質(zhì)見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，循環(huán)排污水水質(zhì)由于其濃縮倍率提升，表現為堿度、硬度、氯離子等增加，同時(shí)水中有機污染物指標化學(xué)需氧量(COD)也相應增高。在分析水源水質(zhì)時(shí)，應重點(diǎn)考慮控制有機污染物，減少對反滲透膜造成的污染。綜合目前成熟的應用工藝技術(shù)，選擇機械加速澄清池和超濾的組合工藝作為反滲透預處理工藝，通過(guò)投加藥劑使污染物通過(guò)團聚和分子鍵橋聯(lián)、靜電吸附等作用，形成穩定的礬花沉淀下來(lái)，依靠超濾技術(shù)將水中不易沉降的懸浮物進(jìn)一步除去。
2、工藝流程
根據循環(huán)水排污水水質(zhì)特點(diǎn)，重點(diǎn)控制其懸浮物和有機污染物，通過(guò)比較確定工藝流程為“機械加速澄清池+浸沒(méi)式超濾+反滲透系統”，具體如圖1所示。其中，超濾組件選用HFS－30型浸沒(méi)式中空纖維超濾膜元件。
機械加速澄清池主要用于去除水體中的大顆粒物質(zhì)、大直徑懸浮物膠體等。機械加速澄清池具有處理效果較穩定、適應性較強的特點(diǎn)，常作為電廠(chǎng)原水預處理工藝，但其運行操作有較高技術(shù)要求，加藥量、藥劑類(lèi)型、水溫、藻類(lèi)、攪拌器轉速等都會(huì )影響出水效果，甚至會(huì )出現礬花無(wú)法沉降的“翻池”現象，造成出水水質(zhì)超標。
浸沒(méi)式超濾膜是將膜組件放置在膜池中，通過(guò)負壓抽吸或虹吸自流方式過(guò)濾水，通常用于原水水質(zhì)波動(dòng)較大的中水回用或已有濾池改造項目上。由于開(kāi)放式的膜池結構，使其具有進(jìn)水水質(zhì)要求較寬松、耐沖擊負荷能力強、對預處理的要求較低等特點(diǎn);同時(shí)，具有出水水質(zhì)穩定、占地面積小、運行成本低等優(yōu)勢，可用于反滲透前處理，去除膠體、濁度、細菌、病毒等，達到反滲透系統進(jìn)水水質(zhì)要求。浸沒(méi)式超濾對預處理的要求較低、耐沖擊負荷能力強，因此，應用于污染較嚴重的水質(zhì)處理和規模較大的工程時(shí)，更具優(yōu)勢。
反滲透技術(shù)主要用于除鹽，需要對反滲透膜的進(jìn)水污染指數(SDI)、進(jìn)水濁度進(jìn)行控制，通常要求SDI不高于4，濁度不高于0．2NTU。反滲透前的預處理效果越好，出水水質(zhì)越穩定，反滲透膜運行越穩定。
3、系統設計
3．1 浸沒(méi)式產(chǎn)品特點(diǎn)
HFS－30型浸沒(méi)式膜產(chǎn)品是一種具有內部支撐結構的加強型浸沒(méi)式中空纖維膜產(chǎn)品，可應用在浸沒(méi)式超濾和膜生物反應器(MBＲ)工藝中。
浸沒(méi)式超濾系統流程如圖2所示，其工作方式為HFS－30膜箱直接浸沒(méi)在曝氣池中，或將膜箱裝于單獨的膜池中。多個(gè)膜箱并排排布在一起形成一個(gè)膜列，直接與出水母管連接，出水母管再透過(guò)產(chǎn)水泵將過(guò)濾水抽出，在運行過(guò)程中通過(guò)鼓風(fēng)機曝氣，使得氣泡上升沖刷超濾膜表面，減少膜表面污染物附著(zhù)。該項目所采用的浸沒(méi)式超濾膜產(chǎn)品技術(shù)規格見(jiàn)表2。
3．2 烏達熱電水源切換超濾設計參數
浸沒(méi)式超濾用于循環(huán)水排污水回收利用，設置為3個(gè)系列單元，每個(gè)系列單元都能單獨運行，也可以同時(shí)運行，系統凈出力3×75m3/h，2用1備。表3為超濾系統的設計參數，膜凈通量為35L/h，回收率不低于90%。浸沒(méi)式超濾系統共采用222支HFS－30浸沒(méi)式超濾膜片，膜池為防腐處理鋼結構，共3個(gè)膜池，每個(gè)膜池設置1個(gè)膜框架單元，每個(gè)單元安裝74片浸沒(méi)式超濾膜片。
3．3 浸沒(méi)式超濾系統運行參數
浸沒(méi)式超濾系統的運行分為產(chǎn)水、反洗、化學(xué)加強洗和化學(xué)清洗幾個(gè)部分。其中，日常制水過(guò)程中按照“產(chǎn)水+反洗”運行，固定間隔時(shí)間進(jìn)行化學(xué)加強洗，當化學(xué)加強洗無(wú)法保證運行跨膜壓差在50kPa以?xún)冗\行或每3個(gè)月到期時(shí)，需要進(jìn)行離線(xiàn)化學(xué)清洗。浸沒(méi)式超濾膜是將超濾膜置于構筑物內，污水進(jìn)入構筑物后接觸到超濾膜外表面，超濾膜通過(guò)膜抽吸水泵的作用，將清水透過(guò)膜孔進(jìn)入膜管內側從而分離出來(lái)，將污水中的顆粒物、污染物截留在水中。系統運行一定時(shí)間后，需要程序控制對膜組件進(jìn)行反沖洗。反沖洗的主要目的是，防止滲濾液中的污染物在膜表面沉積，利用清水反向沖洗，使膜外表面的污染物質(zhì)剝落下來(lái)。一般每次反洗時(shí)長(cháng)為0．5～1．0min，超濾膜每過(guò)濾15．0～30．0min進(jìn)行一次反洗。反洗時(shí)曝氣風(fēng)機同時(shí)啟動(dòng)，對膜絲表面進(jìn)行空氣擦洗，清除表面附著(zhù)的污染物。為保持膜的長(cháng)期運行，需要定期對膜進(jìn)行短期的化學(xué)加藥浸泡，減緩膜表面的污染。通常為1～3天1次，每次30．0min，可以根據污染物的不同選擇不同的清洗劑。為保持膜的性能，膜組件應該定期進(jìn)行化學(xué)清洗，一般推薦3個(gè)月進(jìn)行1次化學(xué)清洗。浸沒(méi)式超濾膜系統詳細運行參數見(jiàn)表4。
4、運行分析
系統自2016年10月正式投運，至今已超過(guò)1年，運行效果良好，出水水質(zhì)穩定，確保了后續工藝系統的安全運行。
4．1 進(jìn)水溫度變化
在浸沒(méi)式超濾裝置運行時(shí)，記錄超濾進(jìn)水溫度，由于循環(huán)排污水經(jīng)過(guò)自然冷卻后水溫基本上維持在20．0℃左右，水溫隨季節性變化有一定同向趨勢(如圖3所示)，溫度波動(dòng)范圍為11．5～28．7℃。
水溫對運行工況的影響主要體現在，水溫越低，水的黏度越高，造成運行壓力升高，一般運行時(shí)，操作壓力控制不變的情況下，僅水溫的變化就會(huì )造成膜通量的對應變化。一般浸沒(méi)式超濾標準運行溫度為25．0℃，與之偏差會(huì )造成溫度對膜通量的影響，因此，對于膜運行工況的分析，需要進(jìn)行溫度校正后得到標準化運行參數，本項目的校正系數為0．46～1．15。
4．2 通量變化(溫度標準化)
本項目日常運行主要為電廠(chǎng)提供備用水源，基本上為單套開(kāi)啟，剩余2套輪換備用;冬季供熱時(shí)，為2套開(kāi)啟，1套備用。電廠(chǎng)運行主要通過(guò)超濾開(kāi)啟套數和超濾產(chǎn)水箱進(jìn)行水量調節，因此，考察運行數據主要研究單套運行通量變化趨勢，并按照溫度校正系數將通量轉換成25．0℃標準條件下的標準化通量變化趨勢進(jìn)行研究。浸沒(méi)式超濾膜運行通量及標準化通量變化趨勢如圖4所示。
由圖4可知:隨時(shí)間的變化，系統凈通量維持在35L/h左右;經(jīng)過(guò)標準化后發(fā)現，隨運行時(shí)間增加，標準化通量有降低趨勢，但趨勢平緩。因此，可以判斷存在一定量的不可逆膜污染，但其污染量較小，目前的清洗方式有效果。
4．3 跨膜壓差變化
按照“跨膜壓差(TMP)=進(jìn)水壓力－出水壓力”公式計算出跨膜壓差，由于進(jìn)水壓力為零，出水壓力為自吸泵負壓，故浸沒(méi)式超濾膜的跨膜壓差在不考慮液位差和管道損失的情況下，可近似視為自吸泵的運行壓力。對浸沒(méi)式超濾跨膜壓差變化趨勢進(jìn)行研究，得出其變化趨勢曲線(xiàn)如圖5所示。
由圖5可知，跨膜壓差隨系統運行時(shí)長(cháng)增加而增大，經(jīng)過(guò)1年的運行數據分析，其跨膜壓差基本穩定在25kPa左右，系統運行較穩定。
4．4 濁度去除效果
通過(guò)對超濾系統進(jìn)水母管濁度和超濾裝置產(chǎn)水濁度對比分析(如圖6所示)，可直觀(guān)了解超濾膜濁度去除效果。由圖6可知，超濾系統原水濁度存在一定幅度波動(dòng)，超濾裝置出水的濁度一般維持在0．1NTU以下，能很好地滿(mǎn)足反滲透進(jìn)水濁度的要求�？梢钥闯�，超濾裝置對濁度的去除效果非常明顯，并且在水質(zhì)有波動(dòng)的情況下，依然能保證水質(zhì)穩定。
4．5 產(chǎn)水SDI變化
浸沒(méi)式對超濾膜產(chǎn)水SDI變化趨勢如圖7所示，可以看到，超濾系統出水SDI都在3以下，說(shuō)明浸沒(méi)式超濾應用在循環(huán)冷卻排污水回用項目上，可確保產(chǎn)水SDI較為穩定，運行可靠。
目前，在反滲透膜的進(jìn)水水質(zhì)要求方面，SDI是個(gè)關(guān)鍵指標，一般要求小于4即可滿(mǎn)足要求。本項目循環(huán)冷卻排污水經(jīng)過(guò)浸沒(méi)式超濾膜過(guò)濾后，SDI基本上小于3，可滿(mǎn)足進(jìn)入反滲透膜的進(jìn)水SDI要求。
5、結束語(yǔ)
電廠(chǎng)循環(huán)水綜合利用是目前電廠(chǎng)在減排方面的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，本文介紹了HFS－30超濾膜在北方內陸地區電廠(chǎng)實(shí)施循環(huán)排污水回用節水減排項目上的應用情況。該項目于2016年8月投入運行至今，水質(zhì)達標，超濾及后續反滲透系統運行效果良好。從超濾運行數據分析，循環(huán)冷卻水排污水溫度變化不大，溫度波動(dòng)對通量的影響較小，由于水質(zhì)特點(diǎn)，機械加速澄清池的出水有較大的波動(dòng)性，雖然超濾進(jìn)水濁度波動(dòng)較大，但通過(guò)浸沒(méi)式超濾膜過(guò)濾后，能保證出水濁度穩定在0．1NTU以下，SDI維持在3以下。國產(chǎn)浸沒(méi)式超濾膜的可靠性在烏達熱電運行中得到了檢驗，出水水質(zhì)優(yōu)良，過(guò)濾效果明顯。（來(lái)源：(華電水務(wù)膜分離科技(天津)有限公司）
