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膜处理技术用于电力行业污水处理

浏览量:3889 发布时间:2019-10-30



  一、前言
在全球范围(fàn wéi)内,随着人口的增长和工业需求的不断增加,淡水的供应日益短缺,而且费用(expense)也日益昂贵。同时,由于人们对环境污染的关注度日益提高,对污水的排放要求越来越高。初,由于媒体陆续曝光(exposure)部分地区工业水污染问题,引起全社会舆论的持续发酵。也开始对水资源的应用和污水排放采取更严格的管理措施。电力工业作为重要的能源行业,也是工业用水大户,其在水资源综合利用和污水处理方面的情况也自然而然成为关注的焦点。电力行业用水量占能源行业的80%以上,其中火电行业取水量更是占工业取水总量的1/6。由于电厂生产(Produce)工艺的特点和新技术的应用,电厂污水水质较好,在水污染治理工作上比其他工业要好,尤其是先进的膜处理工艺已经成熟地应用到电厂的污水处理中。

  二、膜处理技术简介
膜处理技术是20世纪后半叶发展起来的先进的水处理技术,膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化和浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于膜可以在分子范围内进行分离,并且这个过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同,可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。膜处理的出现使得海水淡化、苦盐水应用成为现实,并成功运用在污水处理、饮用水处理及制药、电力以及电子等高品质用水行业中。
微滤微滤能截留0.1~1mm之间的颗粒,微滤膜允许大分子有机物和溶解性固体等通过,但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过,微滤膜两侧的运行压差一般为0.07MPa。
超滤超滤是采用中空纤维过滤新技术,超滤压力活性膜的微孔小于0.01mm,在压力作用下截留水中胶体、颗粒和相对分子质量较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜分离,水分子和相对分子质量小于300~500的溶质透过膜,而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛选作用被截留,从而使水得到净化。能彻底滤除水中的细菌、病毒、蛋白质和胶体等有害物质,保留水中原有的微量元素和矿物质。超滤装置一般由若干超滤组件构成。通常可分为板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式四种主要类型。
纳滤纳滤是一种特殊而又很有前途的分离膜品种,它因能截留物质的大小约为1nm而得名。纳滤的操作区间介于超滤和反渗透(Osmosis)之间,它截留有机物的相对分子质量大约为200~400,截留溶解性盐的能力为20%~98%,对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离子盐溶液,如氯化钠及氯化钙的脱除率为20%~80%,而硫酸镁及硫酸钠的脱除率为90%~98%。纳滤膜一般用于去除地表水的有机物和色度,脱除井水的硬度及放射性镭,部分去除溶解性盐,浓缩食品以及分离药品中的有用物质等,纳滤膜两侧运行压差一般为0.35~1.6MPa。
反渗透由于反渗透过程简单,能耗低,现已大规模应用于海水和苦咸水淡化、锅炉用水软化和废水处理,并与离子交换结合来制取高纯水。反渗透膜非常致密,孔径(aperture)在0.1n m左右因此能有效地去除水中溶解的盐类、小分子有机物、胶体(Colloid)、微生物、细菌和病毒等。反渗透膜的分类,按驱动压力可分为高压、低压和超低压膜;按膜的形状分为平板膜、中空纤维膜和管式膜;根据制膜方法可分为相转化膜和复合膜。反渗透脱盐系统包括预处理、反渗透、后处理三道工序。预处理的好坏与否对反渗透膜的运行有较大的影响。一级反渗透一般有75%的回收率,25%的浓水将被排掉。为了获得较高水的回收率,一般采用多级和多段形式。两级反渗透串联可以制得高纯水用于电厂锅炉补水或制药等。
在污水的处理、回用中,膜技术过程常用于二级处理后的深度处理中,多以微滤、超滤替代常规深度处理中的沉淀、过滤、吸附和除菌等预处理,以纳滤、反渗透进行水的软化和脱盐。在中水回用中,目前使用最多的是以M
  F、U F 与活性污泥组成的膜生物反应器。膜生物反应器在污水处理,水资源再利用领域,MBR又称膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor ),是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。膜生物反应器膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废水处理系统。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池,在生物反应器中保持高活性污泥浓度,提高生物处理有机负荷,从而减少污水处理设施占地面积,并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池内之膜分离设备截留槽内的活性污泥与大分子有机物。膜生物反应器系统内活性污泥(MLSS)浓度可提升至8000~10,000mg/L,甚至更高;污泥龄(SRT)可延长至30天以上。在电力行业中,反渗透膜处理已经是锅炉水处理预脱盐的必要的环节之一,同时在火电厂循环冷却水处理中也有应用;超滤作为反渗透的预处理单元或是用在电厂污水再生处理上,已经有了越来越多的应用。

  三、关键的预处理系统
为了保证膜的耐用性,膜处理对污水或原水的前处理比较严格,尤其是为了提高反渗透和纳滤膜系统效率(efficiency),必须对原水进行有效的预处理,否则会造成膜污染、膜结垢、极化等问题,影响产水量和水质,严重时会造成膜报废。针对原水水质情况和系统回收率等主要设计参数要求,选择适宜的预处理工艺,就可以减少污堵、结垢和膜降解,从而大幅度提高系统效能,实现系统产水量、脱盐率、回收率和运行费用的更优化。
一是要根据原水类型和水质进行全面分析(Analyse),设计合适的预处理(chǔ lǐ)系统和膜处理系统;二是要根据水质设计合理的阻垢系统,包括(bāo kuò)加酸、加阻垢剂和石灰软化等,降低结垢倾向;三是选择可靠的预处理方式防止胶体污染和颗粒污染,比如多介质过滤器、活性炭过滤器和超滤等;四是防止原水中含有的细菌、藻类、真菌及病毒等微生物污染,在前处理环节设计杀菌装置十分必要。
预处理的方法见下表。

  四、膜处理的优缺点
膜技术在污水治理及回用中作为一项实用技术,其优点一是出水品质高,稳定可靠,膜处理几乎可完全脱除悬浮物、一般的细菌、病毒以及大肠杆菌等,且可脱色,可以达到生活用水和饮用水标准;二是由于膜装置占用的空间小,特别适合于老厂改造升级或建厂空间受限制的条件下采用;三是膜处理设备自动化水平高,可以实现无人值守;四是膜处理工艺不需要大量的酸碱再生剂,管理简单,不会产生新的污染。膜生物反应器膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废水处理系统。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池,在生物反应器中保持高活性污泥浓度,提高生物处理有机负荷,从而减少污水处理设施占地面积,并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池内之膜分离设备截留槽内的活性污泥与大分子有机物。膜生物反应器系统内活性污泥(MLSS)浓度可提升至8000~10,000mg/L,甚至更高;污泥龄(SRT)可延长至30天以上。
但是膜处理对水的预处理要求较高,同时水的回收率受技术限制不能做到,例如反渗透膜处理回收率根据原水的不同一般在50%~90%之间,一般只有75%。另外一个方面,由于反渗透的特点,原水中的微生物、盐分被多倍浓缩了,对于浓水的再处理目前没有很好的解决办法,电厂一般作为反洗过滤器(作用:过滤杂质等)用水、冲炉渣用水、绿化用水或在有扩散条件的地方进行直接排放,国内外有部分单位开展浓水的再应用研究(research),如采取蒸汽压缩蒸发、水塘天然蒸发、石灰软化等多种处理方法,均还没有获得成熟的广泛的应用。因此随着水资源的日益紧张和零排放的要求,对于反渗透浓水再处理的技术应加紧研究攻克。具体参见

  五、污水膜处理的前景
随着工业发展和人们对饮用水要求的不断提高,水处理行业将会得到进一步的发展,膜处理由于其高效性、可靠性会得到越来越广泛的应用。根据《“十二五”节能环保产业发展规划》预测(predict),到2015年,我国节能环保产业总产值将达到4.5万亿元,增加值占国内生产(Produce)总值的比重为2%左右。有关专家分析预测,仅自来水分离膜处理市场需求将达13亿元,而污水处理及再生水生物膜(英文:Biofilm)处理市场就可达上百亿元。膜材料及工程(Engineering)市场前景优良,将独立走上产业化发展道路。目前市场占有量比较大的膜元件供应商主要是欧美和日本公司,占有市场的绝大部分,在我国国内反渗透膜有80%都是进口产品,而超滤和微滤膜约有30%为进口,用于制作膜的原料(raw material)就有40%~70%是依赖进口,大多数膜技术基本都掌握在G
  E、陶氏等跨国公司得手中。我国的膜处理技术也在不断的发展中,并且研究和应用领域也非常广泛,有多个大学和研究所都牵头进行了产学研开发,但是质量和产量上仍有差距,在市场(shì chǎng)推广上还需努力,需要进一步推进水处理膜的科研和生产研究,进一步提高质量,为建设生态文明和美丽的中国做出积极贡献。

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