摘要：某電廠超濾（UF）系統進水水源由市政自來水更改為中水,以實現中水資源的回收利用。研究了水源切換期間,UF系統各項性能參數的變化。發現水源變化對UF系統進水與產水濁度影響較小,而UF系統的運行方式對進水與產水濁度影響明顯,與連續運行相比,UF系統間歇運行時進水濁度上升了162.5%,而產水濁度基本一致;


UF系統的除濁率與進水濁度之間存在良好的線性關系,進水濁度越大,除濁率越高;使用中水后UF系統的跨膜壓差升高了30%。綜合分析UF系統每日運行數據表明,不連續運行方式以及進水水質惡化是造成UF系統跨膜壓差上升的主要因素。

關鍵詞:火電廠;中水;超濾;濁度;除濁率;跨膜壓差

隨著水資源的日益匱乏,目前越來越多的新建電廠選擇中水作為循環冷卻水和鍋爐補給水的水源[1,2,3]。超濾膜技術由于具有透水量高、分離效率高、占地面積少以及運行管理簡單等優點,在發電廠水處理領域得到越來越廣泛的應用[4,5]。本文研究了北京某電廠在建設調試階段,鍋爐補給水水源由市政自來水改為中水后,對超濾系統運行的影響,為電廠在建設調試以及生產運行過程中,預防超濾膜的污堵,延長超濾膜的使用壽命,提供了重要的參考。

1超濾系統運行參數

該電廠的超濾系統工藝流程如圖1所示。來水經過孔徑可調節型（PCF）纖維過濾器處理后,再經超濾（UF）系統處理,產水進入后續水處理工序。UF系統共有4套UF裝置,在本文中命名為1~4號;UF膜型號為旭化成、MicrozaUNA-620A系列;UF系統設計回收率≥90%,單套裝置的設計流量為60m3/h。

UF系統由電腦程序控制運行,UF系統啟動時會觸發PCF纖維過濾器的自動啟動,UF膜每運行30min自動進行一次反洗;每累計運行24h進行一次增強通量維持（enhancedfluxmaintenance,EFM）清洗。反洗與EFM清洗均投次氯酸鈉殺菌劑。


圖1超濾超濾系統系統工藝示意

PCF系統的進水由調試初期的市政自來水,后改為中水。本文將研究水源由市政自來水改為中水對UF系統各項運行指標的影響,UF系統具體的運行狀態見表1。其中,無間歇連續制水是指以天為時間單位連續進行制水,若間隔一天及以上運行UF系統進行制水,則稱之為非連續性制水。UF系統的各項指標由在線儀表進行監控,本文中每個數據點代表系統在80min內該指標的平均值;濁度單位均為比濁法濃度單位NTU（nephelometricturbidity,NTU）。

表1不同日期系統的運行方式與使用水源


2結果與討論

圖2表2顯示了UF系統在不同階段進水與產水的濁度變化。從表2可以看出,在第一階段（06-05—06-08）,以自來水作為水源時,UF系統進水濁度平均值為0.22NTU;在第二階段（06-17—07-05),以中水為水源非連續制水時,UF系統進水濁度平均值為0.42NTU;而在第三階段（07-06—07-12）,使用中水為水源進行連續制水時,UF進水濁度平均值在0.16NTU。

比較這3個階段的UF系統進水水質,可以發現在連續制水階段（第一階段與第三階段）,以中水或者自來水作為水源,UF進水濁度均在0.2NTU左右;由于中水的濁度比自來水的濁度高,說明PCF過濾器能夠將水源更換帶來的影響基本消除,使得UF系統進水濁度相對穩定;在自來水改中水的過渡階段（第二階段）,UF系統的進水濁度比第三階段上升了162.5%。

進水濁度突然增大的可能原因,在于水源更換的初期,中水的輸水管道剛開始投用,管道相對較臟,對進水造成污染;與此同時,系統采用間歇性制水方式,管道在被中水浸泡過夜后,管壁腐蝕對中水進一步造成污染,使得中水濁度明顯上升。


圖2UF系統的進、出水濁度

表2UF系統在不同階段進水與產水濁度的平均值、平均除濁率、跨膜壓差


圖2b）為不同階段UF系統的產水濁度。從圖中可以看出,盡管不同階段UF系統的進水濁度有較大差異,但UF系統的產水濁度卻能穩定在0.025NTU左右。從圖中可以發現,在使用中水的第二階段與第三階段,UF系統產水濁度要比在使用自來水的第一階段略高。在第三階段,即使UF系統進水濁度最低,其產水濁度也比較高,這表明UF系統的除濁率并不保持在一個穩定值。

圖3顯示了在不同運行階段,每一天不同時間段的UF進水濁度。從圖中可以看出,在采用自來水（圖3a））與中水（圖3c））進行連續制水時,UF進水濁度穩定在0.4NTU以下。而在中水改自來水的過渡階段（圖3b））,在不同時間段,UF進水濁度變動較大,且呈現相同的變化規律,即系統啟動初期,UF進水濁度較大,約在0.8NTU左右,隨著系統的不斷運行,濁度逐漸降低至0.2NTU左右。

值得注意的是,在07-05日的13:20—16:00時間段,由于系統沒有進行制水,水在管道中放置約3h后,UF進水濁度又有明顯上升。這說明在此階段,管道中的中水在每次放置過夜或者較長時間后,管道的腐蝕會使得中水濁度上升。


圖3不同階段每日UF系統的進水濁度

圖4顯示了除濁率與UF系統進水濁度之間的關系。從圖4a）可以發現,在不同階段,UF系統的進水濁度與其除濁率均具有一致的變化趨勢：當UF系統的進水濁度增大時,其除濁率也相應提高,反之,當進水濁度減小時,其除濁率也相應減小。

以某一日期（07-10）進水濁度為橫坐標,除濁率為縱坐標作圖,可以發現每套UF裝置的進水濁度與除濁率之間,都存在良好的線性關系,1~4號UF組件的線性相關系數分別為0.94,0.98,0.84,0.85,如圖4b）所示。進水濁度與UF除濁率之間的這種線性關系,其可能的原因在于：當進水濁度較大時,會有更多的雜質被UF膜截留,而被截留的雜質附著于UF膜表面,起到截留更多雜質的作用,使得UF膜的除濁率增大。類似的現象在空氣過濾領域比較常見[6]。


圖4進水濁度與平均除濁率隨時間變化關系

圖5a）顯示了不同階段內UF膜跨膜壓差日平均值的變化。從圖中可以看出,當制水系統連續運轉時,在第一階段（06-05—06-08）和第三階段（07-06—07-12）,UF膜的跨膜壓差相對穩定,分別為20與26kPa,使用中水為水源后UF系統過濾跨膜壓差上升了30%。而在第二階段（06-17—07-05）,使用中水間歇性制水時,UF膜跨膜壓差不斷上升,在第二時段,系統進行過一次EFM清洗,因此,在07-05當日UF膜跨膜壓差又出現下降。


圖5UF系統跨膜壓差隨日期的變化及每日不同時間段跨膜壓差的變化

對每一套UF膜每天的跨膜壓差數據進行比較,如圖5b）~d）所示,可以發現：無論是使用自來水或者中水進行連續制水,UF膜的跨膜壓差均能保持相對穩定,如圖5b）與d）。說明當UF系統進水水質穩定時,通過定期對UF反洗與EFM清洗,能夠保持膜表面相對清潔,雜質不會在UF膜表面持續聚集。

當使用中水為水源間歇性制水時,UF膜跨膜壓差有比較明顯的上升,如圖5c）所示。在這一階段,UF進水濁度非常高,而通過上文的分析：濁度越高時,UF膜的除濁率越大,這就意味著更多的雜質會被UF膜所截留,造成UF膜的污染加重。在此階段,UF系統的清洗已經不能完全保持膜表面的清潔,需要加強EFM清洗,減輕膜表面的污染。

通過圖5a）、b）與d）可以發現,在使用中水連續制水后,UF膜的跨膜壓差比使用自來水時上升了30%,而在這一階段,UF進水濁度比較低,除濁率也相對較低,理論上對UF膜的污染會減弱。這表明在第三階段即使進行了EFM清洗,也很難使得UF膜恢復到原有跨膜壓差值,膜表面受到的污染難以消除。

3結語

本文分析了UF系統進水水源由市政自來水改為中水后,產水濁度、除濁率、過濾膜跨膜壓差的變化,得到以下主要結論：改用中水的初期,制水系統采用不連續運行方式時,UF系統進水的濁度明顯上升;UF系統的除濁率與進水濁度之間存在線性關系,進水濁度越大,除濁率越高,相應的,超濾膜也越容易發生堵塞,造成超濾膜跨膜壓差的上升;

使用中水后,超濾膜的跨膜壓差比使用市政自來水時上升了30%。因此,在電廠調試以及生產運行期間,當補給水系統的水源發生改變時,應及時監測UF系統給水水質的變化,水質惡化時要增加UF系統的清洗頻率,減少超濾膜的堵塞。