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膜處理技術用于電力行業污水處理
來源:水博網    發布時間:2015-11-25

一、前言

在全球范圍內,隨著人口的增長和工業需求的不斷增加,淡水的供應日益短缺,而且費用也日益昂貴。同時,由于人們對環境污染的關注度日益提高,對污水的排放要求越來越高。2013年初,由于媒體陸續曝光部分地區工業水污染問題,引起全社會輿論的持續發酵。國家也開始對水資源的應用和污水排放采取更嚴格的管理措施。電力工業作為重要的能源行業,也是工業用水大戶,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注的焦點。電力行業用水量占能源行業的80%以上,其中火電行業取水量更是占工業取水總量的1/6。由于電廠生產工藝的特點和新技術的應用,電廠污水水質較好,在水污染治理工作上比其他工業要好,尤其是先進的膜處理工藝已經成熟地應用到電廠的污水處理中。


二、膜處理技術簡介

膜處理技術是20世紀后半葉發展起來的先進的水處理技術,膜是具有選擇性分離功能的材料。利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化和濃縮的過程稱作膜分離。它與傳統過濾的不同在于膜可以在分子范圍內進行分離,并且這個過程是一種物理過程,不需發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,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用水行業中。


(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(無機鹽)等通過,但能阻擋住懸浮物、細菌、部分病毒及大尺度的膠體的透過,微濾膜兩側的運行壓差(有效推動力)一般為0.07MPa。


(2)超濾(UF)超濾是采用中空纖維過濾新技術,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、顆粒和相對分子質量較高的物質,而水和小的溶質顆粒透過膜分離,水分子和相對分子質量小于300~500的溶質透過膜,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、蛋白質和膠體等有害物質,保留水中原有的微量元素和礦物質。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量大約為200~400,截留溶解性鹽的能力為20%~98%,對單價陰離子鹽溶液的脫除率低于高價陰離子鹽溶液,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)由于反滲透過程簡單,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、小分子有機物、膠體、微生物、細菌和病毒等。反滲透膜的分類,按驅動壓力可分為高壓、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。兩級反滲透串聯可以制得高純水用于電廠鍋爐補水或制藥等。


在污水的處理、回用中,膜技術過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、過濾、吸附和除菌等預處理,以納濾(N F)、反滲透(R O)進行水的軟化和脫鹽。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)。在電力行業中,反滲透膜處理已經是鍋爐水處理預脫鹽的必要的環節之一,同時在火電廠循環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污水再生處理上,已經有了越來越多的應用。


三、關鍵的預處理系統

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,必須對原水進行有效的預處理,否則會造成膜污染、膜結垢、極化等問題,影響產水量和水質,嚴重時會造成膜報廢。針對原水水質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,實現系統產水量、脫鹽率、回收率和運行費用的最優化。


一是要根據原水類型和水質進行全面分析,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,比如多介質過濾器、活性炭過濾器和超濾等;四是防止原水中含有的細菌、藻類、真菌及病毒等微生物污染(產生生物膜影響產水,甚至會污染產水水質),在前處理環節設計殺菌裝置十分必要。預處理的方法見下表。

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四、膜處理的優缺點

膜技術在污水治理及回用中作為一項實用技術,其優點一是出水品質高,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,特別適合于老廠改造升級或建廠空間受限制的條件下采用;三是膜處理設備自動化水平高,可以實現無人值守;四是膜處理工藝不需要大量的酸堿再生劑,管理簡單,不會產生新的污染。


但是膜處理對水的預處理要求較高,同時水的回收率受技術限制不能做到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%。另外一個方面,由于反滲透的特點,原水中的微生物、鹽分被多倍濃縮了,對于濃水(高鹽水)的再處理目前沒有很好的解決辦法,電廠一般作為反洗過濾器用水、沖爐渣用水、綠化用水或在有擴散條件的地方進行直接排放,國內外有部分單位開展濃水的再應用研究,如采取蒸汽壓縮蒸發、水塘天然蒸發、石灰軟化等多種處理方法,均還沒有獲得成熟的廣泛的應用。因此隨著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應加緊研究攻克。


五、污水膜處理的前景

隨著工業發展和人們對飲用水要求的不斷提高,水處理行業將會得到進一步的發展,膜處理由于其高效性、可靠性會得到越來越廣泛的應用。根據《“十二五”節能環保產業發展規劃》預測,到2015年,我國節能環保產業總產值將達到4.5萬億元,增加值占國內生產總值的比重為2%左右。有關專家分析預測,僅自來水分離膜處理市場需求將達13億元,而污水處理及再生水生物膜處理市場就可達上百億元。膜材料及工程市場前景優良,將獨立走上產業化發展道路。目前市場占有量比較大的膜元件供應商主要是歐美和日本公司,占有市場的絕大部分,在我國國內反滲透膜有80%都是進口產品,而超濾和微濾膜約有30%為進口,用于制作膜的原材料就有40%~70%是依賴進口,大多數膜技術基本都掌握在G E、陶氏等跨國公司得手中。我國的膜處理技術也在不斷的發展中,并且研究和應用領域也非常廣泛,有多個大學和研究所都牽頭進行了產學研開發,但是質量和產量上仍有差距,在市場推廣上還需努力,需要進一步推進水處理膜的科研和生產研究,進一步提高質量,為建設生態文明和美麗的中國做出積極貢獻。

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