膜分离技术在热电厂循环水零排放中的应用

王子霞

(苏州中晟环境修复有限公司，江苏 苏州 215000)

热电厂的设备众多，其中大多数设备需要冷却降温，尤其是凝汽器[1]。同时由于热电厂循环水用水量大，为了节约用水，一般采用将循环水进行处理达到回用标准后的中水作为循环水补水，中水作为回用水对水质的要求比较高，否则会导致凝汽器换热管与循环水系统结垢、腐蚀、淤积等，影响设备的换热效率，进而影响热电厂的正常运行和增加维护成本。因此高效的零排放工艺对循环水水质的保障至关重要[2]。膜分离技术作为近年来在各个领域百花齐放的绿色技术，在水处理行业尤其是在零排放方面发展迅速，比如印染废水零排放处理和脱硫废水零排放处理等[3]。

本文以江苏省某热电厂循环水零排放项目为例，阐述膜分离技术在热电厂循环水零排放方面的应用，该项目经膜技术组合工艺处理后的产水达到回用标准，浓水输送至其他单元再利用，实现了零排放目标。

1 膜分离原理

污水处理领域常用的分离膜为选择性膜，膜的结构决定了膜的分离性能，常见的膜结构为非均相膜结构和复合膜结构，都是由上层致密的活性膜层和下层多孔支撑膜层构成，而活性膜层的孔径和厚度决定了分离膜的分离能力(选择透过性)和传质速度，而多孔支撑层起到支撑活性膜和增强非均相膜和复合膜的物理性能的作用。膜分离是利用的膜的选择透过性对单一相内的不同组分或不同相间的组分进行分离、纯化或浓缩的过程，膜的孔径是实现膜选择透过性的关键，小于膜孔径的组分能透过膜，大于膜孔径的组分被截留。

2 膜的分类

膜的分类方法有多种，主要通过材料、孔径、结构、分离机理、分离过程对其进行分类[3-4]，具体见表1。

表1 膜的分类

表3 出水水质

表4 主要系统生产能力

3 膜污染的成因与防治

膜分离技术因其结构紧凑，占地面积小，分离效率高，设备模块化生产，可根据需要增减模块，操作简便，自动化效率高而在水处理领域应用卓有成效，但膜污染问题是膜分离技术应用过程中不可避免的伴生现象，轻则膜表面堵塞，重则膜孔堵塞，都会造成膜通量及分离效率的降低，如不及时进行清洗恢复膜通量，膜寿命将大打折扣，从而造成运行费用的增加[5]。

3.1 膜污染

应用于水处理领域的膜污染主要分为无机污染、有机污染和生物污染。

(1)无机污染：当进水的颗粒物含量高，水质硬度大的情况下，水中的颗粒物及钙镁离子等会造成膜表面堵塞或结垢。因此污水进入膜系统前应进行预处理除杂除硬度。

(2)有机污染：有机物主要是通过吸附作用造成膜污染，大部分的膜在水中呈负电荷状态，膜表面电荷密度越高，亲水性越好，而水中的糖类、蛋白质类、氨基酸类、生化降解过程产生的溶解性有机物SMP等亲水性的有机物会通过吸附作用在膜表面甚至膜孔内累积，造成膜孔减小，影响膜通量。同时，亲水性有机物与胶体物质共同作用会在膜表面形成一层稳定的凝胶层，造成膜的不可逆污染。

(3)生物污染：水中的微生物种类繁多，在水中营养物质充足时，会成指数级繁殖，在膜污染初期，微生物会通过粘附作用在膜表面形成一层生物膜，随着生物膜层数的增多，老化的微生物分解为蛋白质、糖类等亲水性有机物，这些有机物吸附在膜表面或膜孔中造成膜污染。

3.2 膜清洗

膜污染是可以预防的，通过对进水进行预处理(混凝沉淀去除颗粒物和软化去除硬度)和在进水中添加阻垢剂和杀菌剂均可以有效预防膜污染，若不可避免的产生了膜污染可通过物理清洗或化学清洗来恢复膜通量。物理清洗通常采用水气配合的反冲洗方式进行清洗，可去除无机污染和部分有机污染，清除不彻底。化学清洗通常采用酸或碱浸泡的方式进行清洗。

在线清洗时，采用次氯酸钠和柠檬酸定时对膜进行反洗，可以防止有机污染和结垢，在线清洗达不到效果时，应对膜进行离线清洗，在离线清洗池中先进行碱泡(氢氧化钠调节 pH至12，投加次氯酸钠，10%次氯酸钠与水比例为1∶100～1∶50)去除有机物，之后进行酸泡(1%～2%草酸或柠檬酸)去除无机物，清洗后可使膜通量恢复90%以上。

4 膜分离技术在热电厂循环水零排放中的应用实例

4.1 项目概况

本项目热电厂循环水零排放系统，主要承担中水处理的任务，使处理后的洁净水回用到循环水系统，边界范围为循环水排水出冷却塔水管开始至本系统出水至冷却塔为止的各处理单元的工程内容；浓水回收至浓水池，浓水池设浓水泵，输送至其他利用单元；压滤后泥饼回收至污泥箱，便于叉车运送。

4.2 水质水量及排放标准

(1)进水水源及水量：进水水源为电厂冷却水，处理水量为120 t/h。

(2)进水水质

(3)出水水质

(4)主要系统生产能力

4.3 工艺流程及说明

(1)循环冷却水在调节池内进行水质水量的调节后由提升泵提升到软化反应池进行软化。

(2)冷却水排污水的特点是硬度偏高，碱度偏低，通常采用双碱法(液碱+纯碱)软化去除水中的钙镁离子。

①软化去除钙、镁

溶解的钙、镁(硬度成分)与氢氧化钠、纯碱反应生成碳酸钙、氢氧化镁沉淀：

Mg2++2OH-=Mg(OH)2(s)

②软化除硅

2SiO2+Mg(OH)2(s)=Mg(HSiO3)2(s)

水中二氧化硅被软化反应所生成的氢氧化镁沉淀物所吸附，或者说发生了共沉淀反应，通过膜的高效固液分离，二氧化硅同时被除去。

(3)软化反应后的废水自流入沉淀池进行泥水分离，沉淀后的上清液自流入中间水池。

(4)废水在中间水池经提升泵提升至CTUF超滤膜系统中进行固液分离，在进出管路投加次氯酸钠杀菌，产水去CTUF产水箱，在CTUF产水箱中投加酸及亚硫酸氢钠，控制出水pH值在6～7左右，控制ORP在200 mV以下，浓水排入前端沉淀池。经CTUF处理后出水浊度小于1 NTU，保证了后续RO系统的稳定运行。采用通道宽，耐污堵，耐有机污染的CTUF膜作为预处理，可以避免传统预处理工艺(高级氧化+砂滤/多介质过滤+活性炭过滤)工序多、操作复杂的弊端。

(5)CTUF产水进入RO系统：废水通过进水泵进入保安过滤器，防止大颗粒杂质进入膜内，保安滤器出水通过高压泵进一步提升压力，满足反渗透的过滤要求，经高压泵后的出水进入循环泵，循环泵流出的高压力及高流量水直接进入膜柱。膜组件出水分为两部分：浓缩液和透过液，浓缩液端通过控制阀控制膜组内的压力，以达到必要的产水回收率，透过液去RO产水箱回用，浓液进入RO浓水箱。

(6)RO浓水通过进水泵，进入STRO撬装设备，STRO的过滤流程与RO类似，透过液去RO产水箱回用，浓缩液排入STRO浓水箱，等待进一步处理。

(7)软化产生的污泥定期定量打入污泥浓缩池，而后通过污泥泵打入板框压滤机，滤液回流至调节池，滤饼等待进一步处理。

废水处理流程见图1所示。

图1 工艺流程图

4.4 主要工艺去除效果

本项目经过上述工艺处理后产水可作为中水循环使用，各主要工艺的去除效果见表5。

表5 主要工艺的去除效果

4.5 运行费用分析

本项目运行费用主要为电费、药剂费、人工费和膜折旧费，总的吨水运行费用为9.98元/m3，其中吨水电费为1.83元/m3，吨水药剂费为6.23元/m3，吨水人工费为0.27元/m3，吨水膜折旧费用为1.65元/m3。

5 结 语

膜分离技术应用在电厂循环水零排放项目上是可行的，膜分离技术因其高选择性、高分离效率和高场地利用率等特点被各行各业所青睐，尤其是需要零排放的企业。但制约其应用的主要因素为膜污染，一旦膜污染不可逆，将造成膜系统寿命的减短，运行费用的增加，因此，可靠的预处理工艺及耐污染膜材料和膜组件形式的研究仍势在必行。