本(ben)文介紹(shao)了CM大(da)面積塊(kuai)片(pian)式陶瓷(ci)超(chao)濾膜(mo)(mo)在電廠化(hua)學水(shui)(shui)處理系統(tong)的中試和應用情況。中試結果表明，對于經混凝過濾預處理后的河(he)水(shui)(shui)，CM陶瓷(ci)超(chao)濾膜(mo)(mo)可在333L/（m2·h）高運(yun)(yun)(yun)行通量(liang)和50min過濾時間下(xia)穩定(ding)運(yun)(yun)(yun)行；對于未預處理的河(he)水(shui)(shui)，陶瓷(ci)超(chao)濾膜(mo)(mo)也(ye)實現了原水(shui)(shui)直接過濾下(xia)穩定(ding)運(yun)(yun)(yun)行。超(chao)濾改造(zao)時采(cai)用CM-151TM陶瓷(ci)超(chao)濾膜(mo)(mo)替換原有(you)機中空(kong)纖(xian)維膜(mo)(mo)，CM陶瓷(ci)超(chao)濾膜(mo)(mo)的實際(ji)運(yun)(yun)(yun)行通量(liang)高于260 L/（m2·h），反洗(xi)水(shui)(shui)量(liang)和化(hua)學加強反洗(xi)（CEB）頻(pin)率較原有(you)機超(chao)濾膜(mo)(mo)減半，濁(zhuo)度(du)< 0.1NTU，SDI<2，完全滿足后續反滲透系統(tong)的進水(shui)(shui)要求。

浙江某熱電聯產(chan)電廠取長江支流(liu)作(zuo)為循環(huan)冷卻水(shui)(shui)和(he)鍋(guo)爐補給(gei)水(shui)(shui)水(shui)(shui)源(yuan)，設有化學(xue)水(shui)(shui)處(chu)理(li)系統對(dui)河水(shui)(shui)進行深度處(chu)理(li)。其(qi)處(chu)理(li)工藝流(liu)程為原水(shui)(shui)加(jia)藥、混凝澄清、多介質(zhi)過濾、超濾、除鹽（含反(fan)滲透）和(he)酸堿再生(sheng)。

此(ci)系統原采用外壓式(shi)中空纖維有機超(chao)濾(lv)膜作(zuo)為反滲透裝置的(de)前端(duan)工藝，運行(xing)一段時間(jian)后出(chu)現(xian)斷絲、污堵和出(chu)水SDI過高的(de)問(wen)題，導(dao)致(zhi)后續反滲透系統難以穩(wen)定(ding)運行(xing)，進(jin)而對整個電廠(chang)的(de)正常生(sheng)產(chan)造成(cheng)很大風險。該電廠(chang)嘗試(shi)過多種措(cuo)施(shi)后，決(jue)定(ding)采用CM-151TM大面積塊片(pian)式(shi)陶(tao)瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜替換有機超(chao)濾(lv)膜。筆者對陶(tao)瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜的(de)特(te)性、中試(shi)數據(ju)和工程(cheng)運行(xing)效果進(jin)行(xing)了(le)討論。

一、項目介紹

01 原水水質

化學(xue)水(shui)處(chu)(chu)理系統原(yuan)(yuan)水(shui)取自(zi)河(he)水(shui)，由于(yu)河(he)道流經(jing)工業區且(qie)注入海(hai)水(shui)，水(shui)質波動較大，具體(ti)水(shui)質見表1。原(yuan)(yuan)水(shui)經(jing)處(chu)(chu)理后(hou)達到該電廠(chang)對循(xun)環(huan)冷卻水(shui)用水(shui)和鍋爐補給水(shui)的水(shui)質要求。

02 預處理工藝

化學水處(chu)理系統反滲透前(qian)的預處(chu)理工藝為河水→混凝(ning)(ning)澄清(qing)→多介質過濾(lv)器→網式過濾(lv)器→超濾(lv)。其中混凝(ning)(ning)澄清(qing)池處(chu)投加PAC（10 mg/L）和NaClO（1 mg/L）。

有(you)機超(chao)濾(lv)(lv)膜是電廠化學(xue)水處理系(xi)(xi)統(tong)全(quan)（雙(shuang)）膜分(fen)(fen)離(li)技(ji)術(shu)中預脫鹽系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)核(he)心，在(zai)實際使用中產水水質不滿足(zu)要求、斷絲等(deng)問(wen)(wen)題屢有(you)報導(dao)。在(zai)該(gai)項目中，原有(you)機超(chao)濾(lv)(lv)系(xi)(xi)統(tong)運(yun)行(xing)一段時(shi)間后(hou)出(chu)現(xian)(xian)斷絲和污堵(du)，單(dan)套產水量由90 m3/h降至45 m3/h且出(chu)水SDI高達4~5，導(dao)致后(hou)續的(de)(de)(de)反滲透系(xi)(xi)統(tong)難以穩(wen)定運(yun)行(xing)。為(wei)解決此問(wen)(wen)題，該(gai)電廠曾使用新(xin)的(de)(de)(de)同(tong)品牌有(you)機超(chao)濾(lv)(lv)膜對舊膜進(jin)(jin)行(xing)全(quan)部更換，但更換后(hou)的(de)(de)(de)新(xin)膜出(chu)現(xian)(xian)了(le)同(tong)樣問(wen)(wen)題。之后(hou)業主嘗試(shi)(shi)在(zai)多介質過濾(lv)(lv)器(qi)進(jin)(jin)水投加高分(fen)(fen)子(zi)絮凝劑(ji)，以提高處理效果(guo)。此措(cuo)施增加了(le)額外(wai)的(de)(de)(de)藥劑(ji)費用，但仍無(wu)法為(wei)反滲透系(xi)(xi)統(tong)持(chi)續穩(wen)定地提供SDI合格(ge)的(de)(de)(de)進(jin)(jin)水。筆者在(zai)現(xian)(xian)場進(jin)(jin)行(xing)的(de)(de)(de)中試(shi)(shi)證實陶瓷(ci)超(chao)濾(lv)(lv)膜可在(zai)超(chao)預期的(de)(de)(de)高達333 L/（m2·h）通量下穩(wen)定運(yun)行(xing)。

03 CM陶瓷超濾(lv)膜

CM陶(tao)瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜斷(duan)面(mian)呈多孔(kong)性(xing)不對(dui)稱結構，支撐(cheng)層材料(liao)采用三氧化(hua)(hua)二(er)鋁（A2O3），過濾(lv)層材料(liao)為α型(xing)三氧化(hua)(hua)二(er)鋁，經(jing)高溫(wen)燒結緊密熔(rong)合在(zai)(zai)一(yi)起。形成的(de)(de)膜孔(kong)徑(jing)穩定在(zai)(zai)30 nm范圍內，孔(kong)徑(jing)分布(bu)非(fei)常(chang)均勻，具(ju)有(you)更為狹(xia)窄集中的(de)(de)正態分布(bu)曲(qu)線。膜材質采用無機(ji)陶(tao)瓷(ci)材料(liao)，具(ju)有(you)更好(hao)的(de)(de)親水(shui)性(xing)和更高的(de)(de)過濾(lv)通(tong)量，而陶(tao)瓷(ci)本(ben)身的(de)(de)機(ji)械強度和化(hua)(hua)學穩定性(xing)，使(shi)得陶(tao)瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜在(zai)(zai)耐壓、耐溫(wen)、耐腐(fu)蝕性(xing)、耐油(you)性(xing)、耐化(hua)(hua)學清洗等方(fang)面(mian)均優于有(you)機(ji)中空纖維超(chao)濾(lv)膜。

CM陶瓷超(chao)濾(lv)膜與有(you)機中(zhong)空(kong)纖維超(chao)濾(lv)膜的(de)性能對比(bi)見文獻(xian)。

04 中試設備及運行參數

中(zhong)試(shi)分3個測試(shi)階段，見"5 存在問(wen)題與討論(lun)"。中(zhong)試(shi)設(she)備采用納諾斯通(tong)水(shui)務公司一體化實驗裝置。其(qi)中(zhong)陶瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜元件的膜面(mian)積為3m2，過(guo)濾(lv)精度為30nm，過(guo)濾(lv)周期30~60 min，反洗時間(jian)40 s。

05 存在問題與討論

（1）階段(duan)1：河水經混凝澄(cheng)清和多(duo)介(jie)質過濾(lv)器后(hou)進入陶瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜，運(yun)行通量(liang)為300~330 L/（m2·h）。此階段(duan)CM陶瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜的運(yun)行效(xiao)果(guo)見圖1。

首先測試目標(biao)運(yun)(yun)行(xing)(xing)通(tong)(tong)量(liang)(liang)300 L/（m2·h）（共13 d），過濾(lv)周期(qi)為(wei)30 min，陶(tao)(tao)瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜進水(shui)PAC投加(jia)(jia)量(liang)(liang)為(wei)1.4 mg/L。由(you)圖1可見(jian)，跨膜壓差(cha)(cha)在(zai)(zai)(zai)0.04~0.08 MPa呈(cheng)現周期(qi)性變(bian)化(hua)(hua)，且后(hou)期(qi)跨膜壓差(cha)(cha)（0.04~0.06 MPa）明顯低(di)于前期(qi)跨膜壓差(cha)(cha)，這主要是因為(wei)后(hou)期(qi)采取了(le)優化(hua)(hua)措(cuo)施，如調整化(hua)(hua)學(xue)加(jia)(jia)強反洗（CEB）參數(shu)設置(zhi)等。此組運(yun)(yun)行(xing)(xing)數(shu)據證(zheng)實陶(tao)(tao)瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜在(zai)(zai)(zai)目標(biao)通(tong)(tong)量(liang)(liang)300 L/（m2·h）下運(yun)(yun)行(xing)(xing)穩(wen)(wen)定。之后(hou)提(ti)高運(yun)(yun)行(xing)(xing)通(tong)(tong)量(liang)(liang)至316 L/（m2·h），可見(jian)在(zai)(zai)(zai)7d的運(yun)(yun)行(xing)(xing)時間內，跨膜壓差(cha)(cha)在(zai)(zai)(zai)更平(ping)穩(wen)(wen)和收窄(zhai)的區間有規(gui)律變(bian)化(hua)(hua)，陶(tao)(tao)瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜的運(yun)(yun)行(xing)(xing)很(hen)穩(wen)(wen)定。進一步提(ti)升運(yun)(yun)行(xing)(xing)通(tong)(tong)量(liang)(liang)至330 L/（m2·h）并(bing)運(yun)(yun)行(xing)(xing)5 d，陶(tao)(tao)瓷(ci)超(chao)濾(lv)膜依然(ran)運(yun)(yun)行(xing)(xing)穩(wen)(wen)定。

（2）調整過濾時間(jian)，運行(xing)通量為316~333 L/（m2·h），結合階段1數據(ju)，沿用階段1的(de)預處(chu)理(li)工藝(yi)（混凝澄清和多(duo)介質過濾）開(kai)展了(le)過濾時間(jian)的(de)優(you)化測試，結果見圖(tu)2。

從圖(tu)2可(ke)知，在316、333 L/（m2&middot;h）的(de)運(yun)行通(tong)量下，過(guo)濾時間(jian)分(fen)別調(diao)整(zheng)為40、50 min，跨(kua)膜(mo)壓(ya)差的(de)變化趨勢依(yi)然平穩和規(gui)律（0.04~0.06 MPa）。在333 L/（m2·h）的(de)運(yun)行通(tong)量下繼續延(yan)長(chang)過(guo)濾時間(jian)至60 min，跨(kua)膜(mo)壓(ya)差略有上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)，后期(qi)（延(yan)長(chang)CEB周期(qi)）上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)趨勢較為明顯，但仍能在CEB清(qing)洗后恢復良好。

（3）河水(shui)直(zhi)接進(jin)(jin)入(ru)陶瓷超(chao)(chao)濾(lv)(lv)(lv)膜(mo)，運行通量167~366 L/（m2·h）。此階段將不經混(hun)凝澄清(qing)和(he)多介質過濾(lv)(lv)(lv)器預處理(li)的(de)河水(shui)直(zhi)接進(jin)(jin)入(ru)陶瓷超(chao)(chao)濾(lv)(lv)(lv)膜(mo)，進(jin)(jin)一步驗證陶瓷超(chao)(chao)濾(lv)(lv)(lv)膜(mo)的(de)抗污染性(xing)和(he)清(qing)洗恢復性(xing)。過濾(lv)(lv)(lv)時間(jian)30min，PAC加藥量8mg/L，運行4d，運行數據見圖3。

在(zai)167、250 L/（m2·h）的運行(xing)通量(liang)下，跨膜(mo)壓(ya)差分別在(zai)0.02~0.03、0.03~0.04 MPa區間波動(dong)(dong)，陶(tao)瓷超濾膜(mo)運行(xing)平穩。運行(xing)通量(liang)提(ti)升至330 L/（m2·h），跨膜(mo)壓(ya)差波動(dong)(dong)加大；至366 L/（m2·h）后，跨膜(mo)壓(ya)差波動(dong)(dong)則進(jin)(jin)一步加大，但均能在(zai)CEB后恢復至接近起始值。陶(tao)瓷超濾膜(mo)的抗污(wu)染性(xing)(xing)和清(qing)洗(xi)恢復性(xing)(xing)得到(dao)驗證。同時，河水不(bu)經預處(chu)理(li)直接進(jin)(jin)陶(tao)瓷超濾膜(mo)的可行(xing)性(xing)(xing)也得到(dao)驗證，建議運行(xing)通量(liang)不(bu)高于250 L/（m2·h）。整(zheng)個中(zhong)試期間無需進(jin)(jin)行(xing)恢復性(xing)(xing)化學清(qing)洗(xi)（CIP）。

中試(shi)期間陶(tao)瓷超濾膜的進(jin)、產水濁度見(jian)圖4。

由圖4可見，預處理(li)后陶瓷超濾(lv)膜的進水濁度在0.2~0.4 NTU之間(jian)(jian)波動，產水濁度則在0.046~0.093 NTU之間(jian)(jian)，穩定(ding)＜0.1 NTU，優于(yu)后續反滲透系統對進水濁度的要求。

二、工程應用及運行情況介紹

在滿足項目經濟性要求的(de)(de)(de)前提(ti)下，最終選(xuan)擇260 L/（m2·h）的(de)(de)(de)運行(xing)通(tong)量作(zuo)為(wei)設計(ji)值對原有機超濾系統進(jin)行(xing)改(gai)造。改(gai)造項目采用納諾(nuo)斯通(tong)水務第3代CM-151TM超濾膜(mo)組件，改(gai)造后的(de)(de)(de)陶瓷(ci)膜(mo)超濾系統與(yu)原有機超濾系統的(de)(de)(de)主(zhu)要參數對比見表2。

原單(dan)套有(you)(you)機(ji)超濾需(xu)28支膜，由于運(yun)行通量(liang)(liang)大幅(fu)提高，改(gai)(gai)(gai)造(zao)后單(dan)套僅需(xu)14支CM-151TM陶(tao)瓷超濾膜。改(gai)(gai)(gai)造(zao)過(guo)程充分利(li)用(yong)原有(you)(you)設施，原有(you)(you)機(ji)超濾系統的(de)進水泵(beng)、自清洗過(guo)濾器、反洗水泵(beng)及(ji)CEB系統都(dou)繼續使(shi)用(yong)。改(gai)(gai)(gai)造(zao)僅涉及(ji)原膜組架(jia)上的(de)少(shao)量(liang)(liang)管(guan)(guan)路，即將原有(you)(you)膜組架(jia)上的(de)PVC管(guan)(guan)路改(gai)(gai)(gai)造(zao)成適應(ying)陶(tao)瓷超濾膜，并與原閥組管(guan)(guan)道和原主管(guan)(guan)相連接。

該(gai)改(gai)造項(xiang)目于2017年12月(yue)完成(cheng)調試，至今(jin)穩定(ding)運行(xing)，持續(xu)提供優質(zhi)產(chan)水(shui)，SDI＜2、濁度＜0.1 NTU。4套(tao)陶瓷膜(mo)超濾裝置(zhi)中的(de)1#裝置(zhi)運行(xing)1個(ge)月(yue)的(de)跨膜(mo)壓差(cha)數(shu)據見圖5。

圖5表明，陶瓷(ci)(ci)膜(mo)超(chao)(chao)濾(lv)(lv)系(xi)統(tong)的跨膜(mo)壓差主要在0.04~0.07 MPa波動，不超(chao)(chao)過(guo)0.1 MPa，運行(xing)穩定。改(gai)造(zao)后(hou)不需(xu)向多介質過(guo)濾(lv)(lv)器進水額外投加高分子(zi)絮(xu)凝劑。此外，陶瓷(ci)(ci)膜(mo)超(chao)(chao)濾(lv)(lv)系(xi)統(tong)的反洗水量和(he)CEB頻率均降為原有機超(chao)(chao)濾(lv)(lv)系(xi)統(tong)的50%，且CIP周期＞2個月，大幅(fu)節省藥(yao)劑費用并降低運行(xing)費用，提高了系(xi)統(tong)回收率.

三、結論

（1）河水經(jing)混凝澄清、多介(jie)質過濾器處理(li)并(bing)投加1.4 mg/L PAC后(hou)進入陶瓷超(chao)濾膜，陶瓷超(chao)濾膜在運(yun)行通量300~330 L/（m2·h）下運(yun)行平穩（過濾時間30 min）。

（2）中試階段2陶瓷超(chao)濾膜在(zai)333 L/（m2·h）的運(yun)行(xing)通量和(he)50 min過濾時(shi)間下運(yun)行(xing)穩(wen)定，僅(jin)在(zai)333 L/（m2·h）運(yun)行(xing)通量、過濾時(shi)間60 min和(he)延長CEB周期的工(gong)況下跨膜壓差(cha)上升較為明顯，但仍能(neng)在(zai)CEB清洗后恢復良好。

 （3）河水直接(jie)進(jin)入陶瓷超濾膜的可行(xing)性得到驗證，建議(yi)運行(xing)通(tong)量不高于250 L/（m2·h）。

（4）用(yong)陶瓷超濾(lv)膜(mo)對原有機(ji)超濾(lv)膜(mo)系(xi)統(tong)(tong)進(jin)行(xing)改(gai)造(zao)(zao)，改(gai)造(zao)(zao)工程量(liang)小，原配套系(xi)統(tong)(tong)和設施(shi)得到充分利(li)用(yong)。實際運行(xing)通量(liang)高(gao)于260 L/（m2·h），反洗水量(liang)和CEB頻率(lv)(lv)減半，且(qie)不需向多(duo)介質過濾(lv)器進(jin)水額外投(tou)加(jia)高(gao)分子(zi)絮凝劑，節(jie)省(sheng)藥劑費用(yong)和運行(xing)費用(yong)，系(xi)統(tong)(tong)回收(shou)率(lv)(lv)提高(gao)。

（5）陶瓷超濾(lv)膜中(zhong)試及實際運行(xing)產水(shui)持續(xu)、穩(wen)定、優質，濁度(du)＜0.1 NTU，SDI＜2，完全滿足(zu)后續(xu)反滲(shen)透系統的(de)進水(shui)要求。該項(xiang)目為陶瓷超濾(lv)膜在類似水(shui)處(chu)理中(zhong)的(de)推廣應用提(ti)供了借鑒。

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