超濾-反滲透在循環(huán)冷卻塔排污水處理中的應(yīng)用

謝春(常州聯(lián)江環(huán)?？萍加邢薰荆K 常州 213161)

0 引言

我國(guó)在全球水資源缺乏嚴(yán)重的名單之上，水資源及其珍貴，所以國(guó)家一直在提倡節(jié)約用水。水資源缺乏及污水處理問題已經(jīng)成為我國(guó)迫切需要解決的難題。我國(guó)的水資源主要用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)及日常生活中，其中工業(yè)用水主要用途是冷卻塔冷卻?，F(xiàn)如今，熱力電廠用水構(gòu)成當(dāng)中，循環(huán)冷取水當(dāng)中的占有比例是整個(gè)電廠用水量的50%以上，甚至在部分化工企業(yè)當(dāng)中，冷卻水的使用量占總體水量的90%以上，例如，一個(gè)火力發(fā)電設(shè)備(100萬(wàn)kW)，所用到的冷卻水需要在30 m3/s；同等規(guī)模的核電設(shè)備，冷卻水所需要的量需要在50～600 m3/s。工業(yè)冷卻水的用量日益劇增，水浪費(fèi)嚴(yán)重的問題日益突出，而且水循環(huán)利用率極低。另外，循環(huán)冷卻塔排污水處理具有腐蝕程度高、硬度高、懸浮物等相關(guān)特征，處理起來(lái)相對(duì)較為困難，然而可以對(duì)循環(huán)冷卻塔排污水給予適當(dāng)除濁以及除鹽處理，回用以后作為補(bǔ)給水，甚至有可能應(yīng)用到鍋爐當(dāng)中，進(jìn)而可以真正實(shí)現(xiàn)電廠廢水“零排放”，最終可以減輕對(duì)環(huán)境的污染。

1 循環(huán)排污水的特點(diǎn)

冷卻水的水源、污水等會(huì)含有一些物質(zhì)，包括含鹽分的鈣、鎂、磷等，還有一些帶細(xì)菌、氨氮的污染物。這樣的污水一旦排放到大自然中，會(huì)破壞生態(tài)的平衡，因此，利用超濾-反滲透技術(shù)處理冷卻塔的污水有著重要的作用[1]。

現(xiàn)有的排污水主要有以下特點(diǎn)：

(1)鹽含量高。一般冷卻塔的循環(huán)排污水需要通過高度壓縮，致使鹽離子濃度增大。

（2）較高的水溫。一般在冷卻塔之前，蒸凝氣之后會(huì)設(shè)置循環(huán)水排污，此處水溫高，能夠減輕冷卻塔的負(fù)荷。

（3）含有機(jī)物多。因?yàn)檠h(huán)過程中濃縮率提升，增加了水處理的時(shí)間，會(huì)造成水中的菌藻類生物大量生長(zhǎng)。

(4)雜質(zhì)含量高。水在冷卻的時(shí)候，會(huì)攜帶空氣中的一些雜質(zhì)，主要包括粉塵、泥沙等，還會(huì)有設(shè)備腐蝕脫落的雜質(zhì)。

以上這些循環(huán)水質(zhì)的特點(diǎn)，跟污水處理的效果有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。因此需要掌握水質(zhì)的這些特性，更好的處理冷卻塔的污水，提高水的利用率[2]。

2 膜分離技術(shù)介紹

2.1 膜分離概述

膜分離這種現(xiàn)象普遍存在于大自然中，然而人們最早并未開始進(jìn)行研究，直到后期開始研究并使用到很多領(lǐng)域中。膜分離技術(shù)主要有微濾、超濾、納濾和反滲透四種，過濾的精度是依次上升的[3]。

2.2 超濾分離技術(shù)介紹

2.2.1 超濾材質(zhì)

現(xiàn)如今超濾使用的材質(zhì)種類繁多，主要包含聚丙烯腈、聚丙烯等。

2.2.2 超濾的過濾原理

超濾是在微濾和納濾之間的一種，主要是利用膜上流體較低壓力的切向流動(dòng)，根據(jù)分子量大小進(jìn)行分離、過濾，是一種不發(fā)生任何反應(yīng)的物理分離過程。超濾使用的膜孔徑一般在0.002 到0.1 μm 之間，水中比過濾膜孔徑小的物質(zhì)則通過過濾膜，孔徑大于過濾膜孔徑的物質(zhì)則被攔截，攔截下來(lái)的物質(zhì)通過濃縮排入排放液中。所以水會(huì)通過過濾進(jìn)行再次循環(huán)使用，而粉塵、細(xì)菌等物質(zhì)被攔截，這些攔截的物質(zhì)將通過反復(fù)沖洗、排放等過程而去除。

2.2.3 超濾的工藝設(shè)備位置

在循環(huán)冷卻塔污水處理中，超濾裝置放置很多不同的地方，主要包括前期處理、離職分離、反滲透終端等。

2.2.4 超濾系統(tǒng)組成

超濾系統(tǒng)主要包含清水池及水泵，介質(zhì)及保安過濾器，超濾、反洗、化學(xué)清洗等設(shè)備。通過這些過程，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行過濾分離，進(jìn)而提高排污水的利用率。

2.3 反滲透系統(tǒng)介紹

2.3.1 反滲透材質(zhì)

反滲透材質(zhì)一般都是由高分子材質(zhì)，主要有醋酸纖維素膜、芳香族聚酰胺膜等材料。反滲透對(duì)水質(zhì)的要求較為嚴(yán)格，很多個(gè)運(yùn)行的系統(tǒng)能夠表明，預(yù)處理如果不合格則會(huì)造成反滲透膜立即被污堵，導(dǎo)致頻繁進(jìn)行清洗，進(jìn)而造成水質(zhì)明顯降低，所以，一般需要對(duì)原水采取預(yù)處理，將原水當(dāng)中的各種物質(zhì)予以去除。

2.3.2 反滲透原理

反滲透是使進(jìn)水側(cè)的壓力高于自然環(huán)境中的滲透壓，會(huì)使水分子逆向流動(dòng)，根據(jù)有些物質(zhì)不滲透反滲透膜的原理，將雜質(zhì)與水進(jìn)行分離。因?yàn)榉礉B透膜的孔徑也極為小，所以可以更容易去除水中的有機(jī)物、鹽、微生物等。利用反滲透的技術(shù)，能夠有效處理排污水，提高水的利用率[4]。

2.3.3 反滲透特點(diǎn)

反滲透有很多特點(diǎn)，例如：可以高效進(jìn)行脫鹽；可以在較低壓力下使用；可以不受化學(xué)和生化作用的影響；有很高的的使用壽命等。另外，反滲透膜還可以在相對(duì)比較低操作壓力之下充分發(fā)揮其功能，同時(shí)受到pH 值以及溫度等相關(guān)誘因的影響相對(duì)較小，制作膜原料的來(lái)源廣闊，加工操作簡(jiǎn)單方便，成本相對(duì)較低。

2.3.4 反滲透系統(tǒng)組成

反滲透系統(tǒng)主要是利用反滲透膜將鹽隔離出去，實(shí)現(xiàn)水鹽分離。此系統(tǒng)主要由水池，過濾器，反滲透本體、清洗、沖洗、加藥等系統(tǒng)組成[5]。

3 超濾-反滲透在冷卻塔排污水中的應(yīng)用、

3.1 超濾-反滲透的應(yīng)用途徑

現(xiàn)如今，超濾-反滲透技術(shù)主要用于印染廢水、生活污水、含油廢水的處理。將生活污水再次回用處理措施，目前大部分主要采取殺菌清洗能夠使超濾膜通透能力恢復(fù)＞97%，UMBR出水渾濁程度相對(duì)穩(wěn)定，水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，可以作為生活污水回用。另外，對(duì)含油廢水的處理措施主要采取間歇式錯(cuò)流操作，以免由于循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)造成廢水當(dāng)中的溫度明顯上升，然而廢水的溫度過高會(huì)造成膜頭水量進(jìn)一步提高。在0.4 Mpa 的操作壓力情況之下，隨著時(shí)間的不斷延續(xù)，膜透過量主要包含有以下三個(gè)階段，其中包含緩慢下降、快速下降以及緩慢下降，膜污染會(huì)逐漸變得嚴(yán)重，然而超濾因?yàn)闀r(shí)間的不斷進(jìn)行，仍可在93%以上的COD 去除率，所以，采取間歇式錯(cuò)流操作來(lái)對(duì)含油廢水的處理具有可行性，并且效果良好。

3.2 科氏膜的特點(diǎn)和工作原理

(1)特點(diǎn)：主要采取專利改性聚颯，可以起到良好的親水性、抗氧化性以及化學(xué)穩(wěn)定性；較薄的致密層以及海綿支撐結(jié)構(gòu)，能夠獲得最低的膜深層污染以及良好的膜清洗恢復(fù)效率，均適用在不同的近水水質(zhì)，同時(shí)能夠真正實(shí)現(xiàn)廢水的零排放；(2)工作原理：原水沿著膜纖維當(dāng)中流入與濾膜表面呈現(xiàn)一個(gè)平行方向流動(dòng)，其可以通過每根中空纖維，從組件的一端流入到另外一端，與過濾之后的水不會(huì)相接觸。過濾以后的水透過液出口屬于一支多孔管，在整個(gè)膜件的中心部位，透過液從中空纖維絲流出一直到多孔中心管當(dāng)中，之后通過膜件的兩端流出[6]。

3.3 在線加入混凝劑

當(dāng)水質(zhì)相對(duì)比較差的時(shí)候，可以適當(dāng)加入混凝劑，這樣能夠使含有懸浮物顆粒的水在管道混合器當(dāng)中與混合劑有效結(jié)合，使水中出現(xiàn)膠體顆粒的雙電層能夠被壓縮。膠體顆粒流過多介質(zhì)過濾器的濾料層的時(shí)候，濾料分析對(duì)懸浮物可以起到篩濾的作用，可以讓懸浮物容易吸附債濾料表面，運(yùn)行模式可以采取自動(dòng)或者手動(dòng)進(jìn)行控制，同時(shí)可以按照原水流量自動(dòng)調(diào)整加入藥量，然而一旦混凝劑的投入量相對(duì)較高的時(shí)候，則也許會(huì)導(dǎo)致超濾膜發(fā)生不可逆污染的現(xiàn)象發(fā)生，因此，需要相對(duì)較高的加藥自動(dòng)控制系統(tǒng)[7]。

4 膜技術(shù)在電廠循環(huán)冷卻水處理中的應(yīng)用

現(xiàn)如今，對(duì)循環(huán)冷卻水排污的工業(yè)化方式包含有膜分離技術(shù)、電滲析法以及離子交換法，電滲析法操作相對(duì)較為簡(jiǎn)便，然而水耗量以及運(yùn)行成本相對(duì)較高，與此同時(shí)檢修維護(hù)工作任務(wù)繁重；離子交換法只是在含鹽量相對(duì)較低的水質(zhì)當(dāng)中有效。膜分離技術(shù)由于設(shè)備較為簡(jiǎn)單，體積較小、不會(huì)出現(xiàn)再一次污染以及分離系數(shù)相對(duì)較大等相關(guān)優(yōu)勢(shì)，所以，在其回用領(lǐng)域當(dāng)中所采取的方式會(huì)逐漸向膜分離技術(shù)不斷靠近。

近年來(lái)，超濾技術(shù)在我國(guó)取得突破性進(jìn)展，國(guó)產(chǎn)化程度相對(duì)較高，運(yùn)行成本相對(duì)較低，反滲透技術(shù)的工藝較為簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，容易進(jìn)行自動(dòng)控制、能量消耗較小以及運(yùn)行成本較低等相關(guān)特征。熱力電廠水處理當(dāng)中所采取的反滲透除鹽的優(yōu)勢(shì)包含有以下幾點(diǎn)；(1)膜的操作設(shè)備適應(yīng)性相對(duì)較強(qiáng)，在維護(hù)和操作方面較為簡(jiǎn)便，便于進(jìn)行自動(dòng)化控制；(2)采取常規(guī)處理模式不容易出去的膠體、二氧化硅以及金屬離子等也有可能被除去；(3)對(duì)水源水質(zhì)的變化適應(yīng)能力較強(qiáng)，出水質(zhì)量能夠得到保障；(4)脫鹽率較高：能夠?qū)⒃兴}量降低一直到以往的十分之一，對(duì)于以往的水處理工藝經(jīng)常采取超濾以及反滲透等相關(guān)技術(shù)給予預(yù)處理；然而對(duì)于繁雜的給水以及廢水回用的時(shí)候就采取雙膜工藝的集成膜技術(shù)。隨著膜技術(shù)的不斷發(fā)展，新型膜技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，在電廠水處理當(dāng)中具有非常廣闊的前景[8]。

5 結(jié)語(yǔ)

超濾水箱加入殺菌劑，能夠有效延緩反滲透進(jìn)口保安過濾器造成的污堵，系統(tǒng)運(yùn)行期間，反滲透之前保安過濾器的濾芯污堵較為嚴(yán)重，這是由于循環(huán)水當(dāng)中的機(jī)物含量相對(duì)較高，雖然采取預(yù)處理措施，但是仍然會(huì)存在有機(jī)物，所以，添加殺菌劑，污染堵塞的情況有顯著改善。另外，反滲透系統(tǒng)的回收不建議設(shè)置過高，通常在60%～70%之間，為了能夠避免污堵以及結(jié)垢，使反滲透膜的使用壽命明顯降低，則需要提高運(yùn)行成本，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)之前預(yù)處理的有效控制。除此之外，對(duì)循環(huán)冷卻塔排污水處理采取超濾結(jié)合反滲透處理，還需要在提升水回收率這一方面的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，例如，建議超濾產(chǎn)水聯(lián)合反滲透產(chǎn)水混合以后當(dāng)作循環(huán)水當(dāng)中的補(bǔ)充水，進(jìn)而可以使系統(tǒng)回收率顯著提高。

總而言之，超濾-反滲透組合工藝處理電廠循環(huán)冷卻塔的排污水處理具有非常廣闊的前景，處理以后的淡水能夠有效作為鍋爐補(bǔ)給水的水源，其形成的污水能夠利用泵打到煤場(chǎng)以及輸煤棧橋噴淋水，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)電廠循環(huán)冷卻塔排污水處理的零排放。