本文介紹了CM大面積塊片式陶瓷超濾膜在電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的中試和應(yīng)用情況。中試結(jié)果表明，對于經(jīng)混凝過濾預(yù)處理后的河水，CM陶瓷超濾膜可在333L/（m2·h）高運(yùn)行通量和50min過濾時間下穩(wěn)定運(yùn)行；對于未預(yù)處理的河水，陶瓷超濾膜也實(shí)現(xiàn)了原水直接過濾下穩(wěn)定運(yùn)行。超濾改造時采用CM-151TM陶瓷超濾膜替換原有機(jī)中空纖維膜，CM陶瓷超濾膜的實(shí)際運(yùn)行通量高于260 L/（m2·h），反洗水量和化學(xué)加強(qiáng)反洗（CEB）頻率較原有機(jī)超濾膜減半，濁度< 0.1NTU，SDI<2，完全滿足后續(xù)反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水要求。

浙江某熱電聯(lián)產(chǎn)電廠取長江支流作為循環(huán)冷卻水和鍋爐補(bǔ)給水水源，設(shè)有化學(xué)水處理系統(tǒng)對河水進(jìn)行深度處理。其處理工藝流程為原水加藥、混凝澄清、多介質(zhì)過濾、超濾、除鹽（含反滲透）和酸堿再生。

此系統(tǒng)原采用外壓式中空纖維有機(jī)超濾膜作為反滲透裝置的前端工藝，運(yùn)行一段時間后出現(xiàn)斷絲、污堵和出水SDI過高的問題，導(dǎo)致后續(xù)反滲透系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而對整個電廠的正常生產(chǎn)造成很大風(fēng)險(xiǎn)。該電廠嘗試過多種措施后，決定采用CM-151TM大面積塊片式陶瓷超濾膜替換有機(jī)超濾膜。筆者對陶瓷超濾膜的特性、中試數(shù)據(jù)和工程運(yùn)行效果進(jìn)行了討論。

一、項(xiàng)目介紹

01 原水水質(zhì)

化學(xué)水處理系統(tǒng)原水取自河水，由于河道流經(jīng)工業(yè)區(qū)且注入海水，水質(zhì)波動較大，具體水質(zhì)見表1。原水經(jīng)處理后達(dá)到該電廠對循環(huán)冷卻水用水和鍋爐補(bǔ)給水的水質(zhì)要求。

02 預(yù)處理工藝

化學(xué)水處理系統(tǒng)反滲透前的預(yù)處理工藝為河水→混凝澄清→多介質(zhì)過濾器→網(wǎng)式過濾器→超濾。其中混凝澄清池處投加PAC（10 mg/L）和NaClO（1 mg/L）。

有機(jī)超濾膜是電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)全（雙）膜分離技術(shù)中預(yù)脫鹽系統(tǒng)的核心，在實(shí)際使用中產(chǎn)水水質(zhì)不滿足要求、斷絲等問題屢有報(bào)導(dǎo)。在該項(xiàng)目中，原有機(jī)超濾系統(tǒng)運(yùn)行一段時間后出現(xiàn)斷絲和污堵，單套產(chǎn)水量由90 m3/h降至45 m3/h且出水SDI高達(dá)4~5，導(dǎo)致后續(xù)的反滲透系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行。為解決此問題，該電廠曾使用新的同品牌有機(jī)超濾膜對舊膜進(jìn)行全部更換，但更換后的新膜出現(xiàn)了同樣問題。之后業(yè)主嘗試在多介質(zhì)過濾器進(jìn)水投加高分子絮凝劑，以提高處理效果。此措施增加了額外的藥劑費(fèi)用，但仍無法為反滲透系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定地提供SDI合格的進(jìn)水。筆者在現(xiàn)場進(jìn)行的中試證實(shí)陶瓷超濾膜可在超預(yù)期的高達(dá)333 L/（m2·h）通量下穩(wěn)定運(yùn)行。

03 CM陶瓷超濾膜

CM陶瓷超濾膜斷面呈多孔性不對稱結(jié)構(gòu)，支撐層材料采用三氧化二鋁（A2O3），過濾層材料為α型三氧化二鋁，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)緊密熔合在一起。形成的膜孔徑穩(wěn)定在30 nm范圍內(nèi)，孔徑分布非常均勻，具有更為狹窄集中的正態(tài)分布曲線。膜材質(zhì)采用無機(jī)陶瓷材料，具有更好的親水性和更高的過濾通量，而陶瓷本身的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，使得陶瓷超濾膜在耐壓、耐溫、耐腐蝕性、耐油性、耐化學(xué)清洗等方面均優(yōu)于有機(jī)中空纖維超濾膜。

CM陶瓷超濾膜與有機(jī)中空纖維超濾膜的性能對比見文獻(xiàn)。

04 中試設(shè)備及運(yùn)行參數(shù)

中試分3個測試階段，見"5 存在問題與討論"。中試設(shè)備采用納諾斯通水務(wù)公司一體化實(shí)驗(yàn)裝置。其中陶瓷超濾膜元件的膜面積為3m2，過濾精度為30nm，過濾周期30~60 min，反洗時間40 s。

05 存在問題與討論

（1）階段1：河水經(jīng)混凝澄清和多介質(zhì)過濾器后進(jìn)入陶瓷超濾膜，運(yùn)行通量為300~330 L/（m2·h）。此階段CM陶瓷超濾膜的運(yùn)行效果見圖1。

首先測試目標(biāo)運(yùn)行通量300 L/（m2·h）（共13 d），過濾周期為30 min，陶瓷超濾膜進(jìn)水PAC投加量為1.4 mg/L。由圖1可見，跨膜壓差在0.04~0.08 MPa呈現(xiàn)周期性變化，且后期跨膜壓差（0.04~0.06 MPa）明顯低于前期跨膜壓差，這主要是因?yàn)楹笃诓扇×藘?yōu)化措施，如調(diào)整化學(xué)加強(qiáng)反洗（CEB）參數(shù)設(shè)置等。此組運(yùn)行數(shù)據(jù)證實(shí)陶瓷超濾膜在目標(biāo)通量300 L/（m2·h）下運(yùn)行穩(wěn)定。之后提高運(yùn)行通量至316 L/（m2·h），可見在7d的運(yùn)行時間內(nèi)，跨膜壓差在更平穩(wěn)和收窄的區(qū)間有規(guī)律變化，陶瓷超濾膜的運(yùn)行很穩(wěn)定。進(jìn)一步提升運(yùn)行通量至330 L/（m2·h）并運(yùn)行5 d，陶瓷超濾膜依然運(yùn)行穩(wěn)定。

（2）調(diào)整過濾時間，運(yùn)行通量為316~333 L/（m2·h），結(jié)合階段1數(shù)據(jù)，沿用階段1的預(yù)處理工藝（混凝澄清和多介質(zhì)過濾）開展了過濾時間的優(yōu)化測試，結(jié)果見圖2。

從圖2可知，在316、333 L/（m2·h）的運(yùn)行通量下，過濾時間分別調(diào)整為40、50 min，跨膜壓差的變化趨勢依然平穩(wěn)和規(guī)律（0.04~0.06 MPa）。在333 L/（m2·h）的運(yùn)行通量下繼續(xù)延長過濾時間至60 min，跨膜壓差略有上升，后期（延長CEB周期）上升趨勢較為明顯，但仍能在CEB清洗后恢復(fù)良好。

（3）河水直接進(jìn)入陶瓷超濾膜，運(yùn)行通量167~366 L/（m2·h）。此階段將不經(jīng)混凝澄清和多介質(zhì)過濾器預(yù)處理的河水直接進(jìn)入陶瓷超濾膜，進(jìn)一步驗(yàn)證陶瓷超濾膜的抗污染性和清洗恢復(fù)性。過濾時間30min，PAC加藥量8mg/L，運(yùn)行4d，運(yùn)行數(shù)據(jù)見圖3。

在167、250 L/（m2·h）的運(yùn)行通量下，跨膜壓差分別在0.02~0.03、0.03~0.04 MPa區(qū)間波動，陶瓷超濾膜運(yùn)行平穩(wěn)。運(yùn)行通量提升至330 L/（m2·h），跨膜壓差波動加大；至366 L/（m2·h）后，跨膜壓差波動則進(jìn)一步加大，但均能在CEB后恢復(fù)至接近起始值。陶瓷超濾膜的抗污染性和清洗恢復(fù)性得到驗(yàn)證。同時，河水不經(jīng)預(yù)處理直接進(jìn)陶瓷超濾膜的可行性也得到驗(yàn)證，建議運(yùn)行通量不高于250 L/（m2·h）。整個中試期間無需進(jìn)行恢復(fù)性化學(xué)清洗（CIP）。

中試期間陶瓷超濾膜的進(jìn)、產(chǎn)水濁度見圖4。

由圖4可見，預(yù)處理后陶瓷超濾膜的進(jìn)水濁度在0.2~0.4 NTU之間波動，產(chǎn)水濁度則在0.046~0.093 NTU之間，穩(wěn)定＜0.1 NTU，優(yōu)于后續(xù)反滲透系統(tǒng)對進(jìn)水濁度的要求。

二、工程應(yīng)用及運(yùn)行情況介紹

在滿足項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性要求的前提下，最終選擇260 L/（m2·h）的運(yùn)行通量作為設(shè)計(jì)值對原有機(jī)超濾系統(tǒng)進(jìn)行改造。改造項(xiàng)目采用納諾斯通水務(wù)第3代CM-151TM超濾膜組件，改造后的陶瓷膜超濾系統(tǒng)與原有機(jī)超濾系統(tǒng)的主要參數(shù)對比見表2。

原單套有機(jī)超濾需28支膜，由于運(yùn)行通量大幅提高，改造后單套僅需14支CM-151TM陶瓷超濾膜。改造過程充分利用原有設(shè)施，原有機(jī)超濾系統(tǒng)的進(jìn)水泵、自清洗過濾器、反洗水泵及CEB系統(tǒng)都繼續(xù)使用。改造僅涉及原膜組架上的少量管路，即將原有膜組架上的PVC管路改造成適應(yīng)陶瓷超濾膜，并與原閥組管道和原主管相連接。

該改造項(xiàng)目于2017年12月完成調(diào)試，至今穩(wěn)定運(yùn)行，持續(xù)提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)水，SDI＜2、濁度＜0.1 NTU。4套陶瓷膜超濾裝置中的1#裝置運(yùn)行1個月的跨膜壓差數(shù)據(jù)見圖5。

圖5表明，陶瓷膜超濾系統(tǒng)的跨膜壓差主要在0.04~0.07 MPa波動，不超過0.1 MPa，運(yùn)行穩(wěn)定。改造后不需向多介質(zhì)過濾器進(jìn)水額外投加高分子絮凝劑。此外，陶瓷膜超濾系統(tǒng)的反洗水量和CEB頻率均降為原有機(jī)超濾系統(tǒng)的50%，且CIP周期＞2個月，大幅節(jié)省藥劑費(fèi)用并降低運(yùn)行費(fèi)用，提高了系統(tǒng)回收率.

三、結(jié)論

（1）河水經(jīng)混凝澄清、多介質(zhì)過濾器處理并投加1.4 mg/L PAC后進(jìn)入陶瓷超濾膜，陶瓷超濾膜在運(yùn)行通量300~330 L/（m2·h）下運(yùn)行平穩(wěn)（過濾時間30 min）。

（2）中試階段2陶瓷超濾膜在333 L/（m2·h）的運(yùn)行通量和50 min過濾時間下運(yùn)行穩(wěn)定，僅在333 L/（m2·h）運(yùn)行通量、過濾時間60 min和延長CEB周期的工況下跨膜壓差上升較為明顯，但仍能在CEB清洗后恢復(fù)良好。

（3）河水直接進(jìn)入陶瓷超濾膜的可行性得到驗(yàn)證，建議運(yùn)行通量不高于250 L/（m2·h）。

（4）用陶瓷超濾膜對原有機(jī)超濾膜系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造工程量小，原配套系統(tǒng)和設(shè)施得到充分利用。實(shí)際運(yùn)行通量高于260 L/（m2·h），反洗水量和CEB頻率減半，且不需向多介質(zhì)過濾器進(jìn)水額外投加高分子絮凝劑，節(jié)省藥劑費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，系統(tǒng)回收率提高。

（5）陶瓷超濾膜中試及實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)水持續(xù)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)，濁度＜0.1 NTU，SDI＜2，完全滿足后續(xù)反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水要求。該項(xiàng)目為陶瓷超濾膜在類似水處理中的推廣應(yīng)用提供了借鑒。

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