摘要：黃河下游地區(qū)以黃河水為原水，制備鍋爐補(bǔ)給水時(shí)，常規(guī)的“多介質(zhì)過(guò)濾+活性炭”預(yù)處理工藝往往不能滿足反滲透進(jìn)水要求，造成反滲透清洗頻繁。本文通過(guò)中試考察了中空纖維超濾作為反滲透預(yù)處理，在處理黃河水時(shí)的技術(shù)參數(shù)和綜合性能。結(jié)果表明，超濾產(chǎn)水水質(zhì)大大優(yōu)于常規(guī)處理工藝，且試驗(yàn)期間超濾膜未出現(xiàn)污堵和通量下降的現(xiàn)象。證明超濾作為反滲透的預(yù)處理工藝是可行可靠的。

1. 前言 

    近些年隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化的進(jìn)程，大量的工業(yè)和生活污染物排放到環(huán)境中，給水體帶來(lái)越來(lái)越嚴(yán)重的污染。惡化的水質(zhì)危及工業(yè)生產(chǎn)和人們的健康，增加了整個(gè)社會(huì)獲取水資源的成本。黃河就是其中一個(gè)實(shí)例。

    在黃河下游地區(qū)，建有許多套反滲透脫鹽。這些以黃河水為原水，基本上采用“多介質(zhì)過(guò)濾+活性炭”作為反滲透預(yù)處理工藝。但是zui近調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在很多中，該常規(guī)預(yù)處理工藝的處理效果往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，出水SDI值偏高。結(jié)果帶來(lái)保安過(guò)濾器濾芯更換頻繁，反滲透膜清洗周期縮短等諸多問(wèn)題，大大縮短了反滲透膜的壽命，增加了的運(yùn)行維護(hù)成本。

    濟(jì)南金雞嶺熱源廠現(xiàn)有的310m³/h鍋爐補(bǔ)給水于2002年8月將水源由地下水更換為黃河水后，也出現(xiàn)了類似的問(wèn)題。反滲透膜的清洗周期由5個(gè)月縮短到1個(gè)月，同時(shí)出現(xiàn)了產(chǎn)水量下降的困擾。為了解決上述問(wèn)題，金雞嶺熱源廠借鑒廢水回用和循環(huán)水*設(shè)計(jì)中采用的超濾技術(shù)，考慮以超濾做為反滲透的預(yù)處理來(lái)替代常規(guī)的“多介質(zhì)過(guò)濾+活性炭”工藝。慎重起見(jiàn)，以黃河水為原水進(jìn)行了為期兩周的中試，以驗(yàn)證超濾工藝的可靠性并據(jù)此提出工程設(shè)計(jì)參數(shù)。

    2. 超濾膜分離技術(shù)

    膜分離技術(shù)是一大類技術(shù)的總稱。和水處理有關(guān)的主要包括微濾、超濾、鈉濾和反滲透等幾類。這些膜分離產(chǎn)品均是利用特殊制造的多孔材料的能力，以物理截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質(zhì)。其過(guò)濾的精度和濾膜本身的孔徑大小有關(guān)。通常習(xí)慣把孔徑較大的稱為微濾（Microfiltration），而較小的稱為超濾（ Ultrafiltration），而“孔徑”更小則是鈉濾和反滲透。

    超濾膜分離產(chǎn)品從形式上分為中空纖維、管式、卷式、平板式等；從材質(zhì)上分PP、PE、PS、PVDF、PAN等多種。這些膜產(chǎn)品能夠具備優(yōu)異的分離能力，是和它的結(jié)構(gòu)及材料密不可分的。下面幾張圖顯示了聚合物膜材料的結(jié)構(gòu)。

    超薄分離層

    超濾膜屬于非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，即包括致密的皮層（真正起分離作用）和多孔的支撐層。這種結(jié)構(gòu)既保證了良好的分離效果，又提高了膜通量，降低運(yùn)行能耗，并抗污堵。這些因素使得膜產(chǎn)品zui終能夠?qū)崿F(xiàn)大工業(yè)化的應(yīng)用。目前在青島、山西等地多個(gè)熱電廠的鍋爐給水中已經(jīng)成功采用超濾做為反滲透的預(yù)處理。 

    膜分離產(chǎn)品zui近受到了市場(chǎng)的高度關(guān)注，這是因?yàn)樗哂腥缦碌膬?yōu)點(diǎn)： 
對(duì)雜質(zhì)的去除效率高，產(chǎn)水水質(zhì)大大好于傳統(tǒng)方法； 
大大減少化學(xué)藥劑的使用，避免二次污染； 
易于自動(dòng)化，可靠性高。運(yùn)行簡(jiǎn)易，設(shè)施只有開(kāi)啟，關(guān)閉兩檔； 
占地面積??； 
與常規(guī)水處理費(fèi)用相當(dāng)。

    3. 試驗(yàn)結(jié)果

3.1原水水質(zhì)

    試驗(yàn)原水為經(jīng)自來(lái)水廠處理的黃河水，取自金雞嶺熱源廠化水車間生水池。其主要水質(zhì)指標(biāo)如下：

項(xiàng)目    單位     分析結(jié)果    項(xiàng)目     單位    分析結(jié)果
K+      mg/L     3.46       Cl-     mg/L     105
Na+     mg/L     91.5      SO_4²-    mg/L     96.29
Ca2+    mg/L     43.4      NO₃－    mg/L      24
Mg+     mg/L     26.2      HCO₃－   mmol/L    4.9
Fe3+    mg/L     0.067     膠體硅    mg/L     14.75
Ba2+    mg/L     0.026     活性硅    mg/L     20.63
Sr2+    mg/L     0.18      溶解固形物 mg/L     609.2
CODMn   mg/L     0.64
pH 7.5

    3.2試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)流程

    試驗(yàn)裝置采用歐美環(huán)境工程公司一體化的集裝箱式中試裝置，緊湊布置了φ750多介質(zhì)過(guò)濾器、φ750活性炭過(guò)濾器、超濾裝置一套、反滲透裝置一套、EDI裝置一套。以及輔助的自動(dòng)控制、輸送及在線儀表。其中超濾使用的是OMEXELLTMSFP 2660超濾元件，該產(chǎn)品是歐美環(huán)境工程公司為廢水處理和反滲透預(yù)處理而設(shè)計(jì)、制造的，采用改性的PVDF材質(zhì)，耐污染、抗氧化性較好。
試驗(yàn)以黃河水為原水，比較了常規(guī)“多介質(zhì)過(guò)濾+活性炭”工藝和超濾工藝對(duì)濁度、SDI的去除效果，并評(píng)價(jià)了超濾膜通量的變化情況。其中原水在進(jìn)入多介質(zhì)過(guò)濾器前加入了10ppm PAC做為混凝劑；而原水不加任何藥劑直接進(jìn)入超濾。

試驗(yàn)中超濾的產(chǎn)水量為5m³/h。超濾裝置采用4支OMEXELLTM-SFP 2660超濾膜，全自動(dòng)運(yùn)行。每支膜運(yùn)行30分鐘反洗一次，反洗時(shí)間1分鐘（包括濃排時(shí)間），反洗水流量2m³/h。每支膜運(yùn)行12小時(shí)氣洗一次，氣洗強(qiáng)度7Nm³/h。

    3.3 常規(guī)預(yù)處理工藝和超濾的比較

    3.3.1 濁度去除

    超濾出水的濁度平均在0.2NTU左右，而傳統(tǒng)預(yù)處理的出水濁度在0.6NTU左右。超濾的除濁效果較好。

    3.3.2 SDI

    SDI（污泥密度指數(shù)，或稱污染指數(shù)）是反滲透中，用來(lái)衡量反滲透進(jìn)水水質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)?，F(xiàn)有鍋爐補(bǔ)給水使用的黃河水水質(zhì)較差，SDI15無(wú)法檢測(cè)。如下圖所示，經(jīng)過(guò)常規(guī)預(yù)處理工藝后，SDI15大部分時(shí)間在4－5左右，zui低達(dá)到3，zui高則超過(guò)6。這表明“多介質(zhì)過(guò)濾+活性炭”工藝在處理該水源時(shí)，存在一定的缺陷：效果不穩(wěn)定且SDI15超標(biāo)。這與目前金雞嶺熱源廠現(xiàn)有的癥狀是一致的。

    而經(jīng)過(guò)超濾后，SDI15則穩(wěn)定保持在0.5以下。這樣的處理效果給下游反滲透膜提供了zui大限度的保護(hù)，將大大延長(zhǎng)反滲透膜的清洗周期和壽命。 

    3.4 超濾的抗污堵性

    試驗(yàn)期間在保持超濾產(chǎn)水量恒定的情況下，記錄了超濾進(jìn)出水的壓差變化。如上圖所示，超濾投入運(yùn)行后，在前80小時(shí)，膜兩側(cè)的壓差總體趨勢(shì)逐步上升，在隨后的200多小時(shí)時(shí)間里，壓差則趨于穩(wěn)定。這一過(guò)程是水中的雜質(zhì)在新的超濾膜表面積累并形成 “凝膠層”的過(guò)程。一旦凝膠層建立，膜通量的下降就趨于平緩，并逐步達(dá)到穩(wěn)態(tài)。圖中的曲線恰當(dāng)?shù)胤从沉诉@一過(guò)程。表明在試驗(yàn)期間膜的污堵情況十分輕微。

    4. 結(jié)論

    通過(guò)中試及對(duì)中試過(guò)程的數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論。

1. 超濾作為反滲透的預(yù)處理，以濟(jì)南地區(qū)黃河水作為原水，在技術(shù)上是可行的；
 2. “多介質(zhì)過(guò)濾器+活性炭過(guò)濾器”的常規(guī)預(yù)處理工藝，處理黃河水，其產(chǎn)水的SDI15難以控制在4以下，有時(shí)甚至超過(guò)5、6，不利于對(duì)反滲透膜的保護(hù)；
 3. 試驗(yàn)期間超濾產(chǎn)水的SDI15 在0.5以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)工藝。
 4. 試驗(yàn)期間超濾膜基本沒(méi)有出現(xiàn)通量不可恢復(fù)性下降的情況，表現(xiàn)了良好的抗污堵性能。