陶瓷膜在水处理中的应用

纪 煜，渠慧英

（北方联合电力有限责任公司包头第三热电厂，包头 014060）

0 引言

水是人类生活的基本物质资源之一，但是随着社会的进步，人口的增长以及工农业的发展，造成了日益严重的水资源短缺和水污染问题，制约着社会的经济发展速度，尤其是电力产业的发展。而污水资源化是缓解水资源的短缺、控制水污染的有效途径之一，具有重要的现实意义和实用价值。

1 陶瓷膜简介与应用

膜分离技术是从20世纪70年代开始发展起来的水处理新技术，在90年代得到飞速发展，目前被认为是最有前途的水处理技术。陶瓷膜是随着近年水质逐渐恶化而新兴起的一种无机膜。相较于传统分离膜材料，陶瓷膜具有诸多优点，尤其是能够在苛刻的水质条件下长期稳定运行，在废水处理领域得到广泛的推广应用。

2 陶瓷膜在锅炉补给水处理的应

2.1 锅炉补给水处理系统设备运行问题

临河电厂原设计水源为临河第一污水处理厂再生水，污水的本底水质为临河的浅层地下水，主要来自于黄河灌溉的退水。源水水质较差，硬度高，盐分高，再加上污水处理厂的氧化塘处理工艺，由于蒸发而使得污水浓缩，污水水质也逐年变差。临河电厂于2017年对污水处理厂来水进行改造，其工艺流程为石灰、碳酸钠双碱法软化+过滤系统。其中水中阳离子、阴离子及常规水质指标检测分析结果如图1和表1所示。

图1 临河电厂源水中阳离子和阴离子含量

该水作为锅炉补给水处理系统的补充水水源，致使原锅炉补给水处理系统设备出现诸多问题：如叠片过滤器污堵严重，反洗频繁；超滤受到有机物污染严重；超滤装置的出力降低导致反渗透进水流量不足，影响机组安全稳定运行等。基于这些原因，临河电厂针对锅炉补给水处理系统进行改造。

表1 临河电厂源水水质常规指标检测结果

2.3 锅炉补给水处理系统改造方案应用

针对临河电厂水质情况和对锅炉补给水处理系统问题分析，对锅炉补给水处理系统提出三个改造方案。对三个方案主要进行技术经济对比分析，结果如表2所示。其中方案1：更换叠片过滤器，将4套超滤膜更换为陶瓷膜，并增加反渗透浓水循环泵；方案2：更换叠片过滤器，超滤前新增活性炭过滤系统，4套超滤继续采用有机膜，但需要更换新膜且增容，并增加反渗透浓水循环泵。方案3：更换叠片过滤器，4套超滤继续采用有机膜，但需要更换新膜且增容，并增加反渗透浓水循环泵，即方案三与方案二相比，取消了活性炭过滤系统。

表2 三个方案的经济性比较

表2（续）

由表2可知在方案一具有明显的技术经济优势，选择其作为改造的首选方案。改造后锅炉补给水处理系统实现：1）超滤装置的出力达到设计处理，即每套超滤装置的净出力达到75t/h，自用水率≤92%，即每套超滤装置总出力达到85t/h；2）超滤装置出水水质满足：SDI＜5，NTU＜0.1；3）超滤装置在寿命期不断丝；4）保安过滤器滤芯使用寿命延长，正常运行时达到2～3个月；5）反渗透的出力在超滤装置改造后，出力达到额定出力，即每套反渗透出力达45t/h；6）反渗透装置化学清洗周期延长至2～3个月。

3 陶瓷膜在某化工废水回用处理中的应用

工业废水是造成环境污染的重要原因。其水质成分复杂，性质多变，且存在一些未解决的技术问题，给传统的污水处理工艺带来严峻的挑战。陶瓷膜分离工艺可在一般温度下操作，没有相变；占地面积小、适应性强，运行稳定；不需投加其他物质，不改变分离物质的性质等特点，被广泛应用于工业废水处理领域。某化工废水回用处理采用陶瓷膜超滤工艺，其中原水水质如表3所示。重点对陶瓷膜超滤出水浊度进行考察，处理效果如图2所示。

图2 陶瓷膜超滤产水浊度

研究结果表明陶瓷膜超滤工艺对浊度具有很好的去除效果，大部分陶瓷膜超滤出水浊度低于0.1NTU，具有良好的化学稳定性，适合处理此类废水。在本研究中陶瓷膜超滤除浊过程可受多种条件影响，如原水水质的离子强度、pH、膜的带电性以及操作条件等。某化工废水pH范围较宽，电导率较高，在低pH的时候，有利于膜利用吸附作用去除颗粒物，提高除浊效果。但是当膜表面或膜孔内的吸附位被占据并形成污染层后，影响陶瓷膜的截留性能，另外有机物可改变污染层的性质，也能影响膜的过滤效果。

表3 某化工废水原水水质

4 结论

城市中水及工矿企业的废水综合利用成为解决水资源短缺的有效途径之一。但由于城市中水及工况企业的废水水质成分复杂，性质多变，有机物含量高，对膜处理技术提出了极大的挑战，使得有机超滤膜在运行过程中出现了较多问题。在这样的大环境下，无机陶瓷膜应运而生，能够在苛刻的水质条件下，尤其是针对工业废水领域，能够长时间运行，出水水质稳定，便于清洗维护，操作简单。对比传统的有机超滤膜有显著优势，随着制作工艺的改进，陶瓷膜在日益恶化的水环境中会越来越发挥出优越的性能。