火电厂中水回用对超滤系统运行的影响研究

摘要：某电厂超滤（UF）系统进水水源由市政自来水更改为中水,以实现中水资源的回收利用。研究了水源切换期间,UF系统各项性能参数的变化。发现水源变化对UF系统进水与产水浊度影响较小,而UF系统的运行方式对进水与产水浊度影响明显,与连续运行相比,UF系统间歇运行时进水浊度上升了162.5%,而产水浊度基本一致;


UF系统的除浊率与进水浊度之间存在良好的线性关系,进水浊度越大,除浊率越高;使用中水后UF系统的跨膜压差升高了30%。综合分析UF系统每日运行数据表明,不连续运行方式以及进水水质恶化是造成UF系统跨膜压差上升的主要因素。

关键词:火电厂;中水;超滤;浊度;除浊率;跨膜压差

随着水资源的日益匮乏,目前越来越多的新建电厂选择中水作为循环冷却水和锅炉补给水的水源[1,2,3]。超滤膜技术由于具有透水量高、分离效率高、占地面积少以及运行管理简单等优点,在发电厂水处理领域得到越来越广泛的应用[4,5]。本文研究了北京某电厂在建设调试阶段,锅炉补给水水源由市政自来水改为中水后,对超滤系统运行的影响,为电厂在建设调试以及生产运行过程中,预防超滤膜的污堵,延长超滤膜的使用寿命,提供了重要的参考。

1超滤系统运行参数

该电厂的超滤系统工艺流程如图1所示。来水经过孔径可调节型（PCF）纤维过滤器处理后,再经超滤（UF）系统处理,产水进入后续水处理工序。UF系统共有4套UF装置,在本文中命名为1~4号;UF膜型号为旭化成、MicrozaUNA-620A系列;UF系统设计回收率≥90%,单套装置的设计流量为60m3/h。

UF系统由电脑程序控制运行,UF系统启动时会触发PCF纤维过滤器的自动启动,UF膜每运行30min自动进行一次反洗;每累计运行24h进行一次增强通量维持（enhancedfluxmaintenance,EFM）清洗。反洗与EFM清洗均投次氯酸钠杀菌剂。


图1超滤超滤系统系统工艺示意

PCF系统的进水由调试初期的市政自来水,后改为中水。本文将研究水源由市政自来水改为中水对UF系统各项运行指标的影响,UF系统具体的运行状态见表1。其中,无间歇连续制水是指以天为时间单位连续进行制水,若间隔一天及以上运行UF系统进行制水,则称之为非连续性制水。UF系统的各项指标由在线仪表进行监控,本文中每个数据点代表系统在80min内该指标的平均值;浊度单位均为比浊法浓度单位NTU（nephelometricturbidity,NTU）。

表1不同日期系统的运行方式与使用水源


2结果与讨论

图2表2显示了UF系统在不同阶段进水与产水的浊度变化。从表2可以看出,在第一阶段（06-05—06-08）,以自来水作为水源时,UF系统进水浊度平均值为0.22NTU;在第二阶段（06-17—07-05),以中水为水源非连续制水时,UF系统进水浊度平均值为0.42NTU;而在第三阶段（07-06—07-12）,使用中水为水源进行连续制水时,UF进水浊度平均值在0.16NTU。

比较这3个阶段的UF系统进水水质,可以发现在连续制水阶段（第一阶段与第三阶段）,以中水或者自来水作为水源,UF进水浊度均在0.2NTU左右;由于中水的浊度比自来水的浊度高,说明PCF过滤器能够将水源更换带来的影响基本消除,使得UF系统进水浊度相对稳定;在自来水改中水的过渡阶段（第二阶段）,UF系统的进水浊度比第三阶段上升了162.5%。

进水浊度突然增大的可能原因,在于水源更换的初期,中水的输水管道刚开始投用,管道相对较脏,对进水造成污染;与此同时,系统采用间歇性制水方式,管道在被中水浸泡过夜后,管壁腐蚀对中水进一步造成污染,使得中水浊度明显上升。


图2UF系统的进、出水浊度

表2UF系统在不同阶段进水与产水浊度的平均值、平均除浊率、跨膜压差


图2b）为不同阶段UF系统的产水浊度。从图中可以看出,尽管不同阶段UF系统的进水浊度有较大差异,但UF系统的产水浊度却能稳定在0.025NTU左右。从图中可以发现,在使用中水的第二阶段与第三阶段,UF系统产水浊度要比在使用自来水的第一阶段略高。在第三阶段,即使UF系统进水浊度最低,其产水浊度也比较高,这表明UF系统的除浊率并不保持在一个稳定值。

图3显示了在不同运行阶段,每一天不同时间段的UF进水浊度。从图中可以看出,在采用自来水（图3a））与中水（图3c））进行连续制水时,UF进水浊度稳定在0.4NTU以下。而在中水改自来水的过渡阶段（图3b））,在不同时间段,UF进水浊度变动较大,且呈现相同的变化规律,即系统启动初期,UF进水浊度较大,约在0.8NTU左右,随着系统的不断运行,浊度逐渐降低至0.2NTU左右。

值得注意的是,在07-05日的13:20—16:00时间段,由于系统没有进行制水,水在管道中放置约3h后,UF进水浊度又有明显上升。这说明在此阶段,管道中的中水在每次放置过夜或者较长时间后,管道的腐蚀会使得中水浊度上升。


图3不同阶段每日UF系统的进水浊度

图4显示了除浊率与UF系统进水浊度之间的关系。从图4a）可以发现,在不同阶段,UF系统的进水浊度与其除浊率均具有一致的变化趋势：当UF系统的进水浊度增大时,其除浊率也相应提高,反之,当进水浊度减小时,其除浊率也相应减小。

以某一日期（07-10）进水浊度为横坐标,除浊率为纵坐标作图,可以发现每套UF装置的进水浊度与除浊率之间,都存在良好的线性关系,1~4号UF组件的线性相关系数分别为0.94,0.98,0.84,0.85,如图4b）所示。进水浊度与UF除浊率之间的这种线性关系,其可能的原因在于：当进水浊度较大时,会有更多的杂质被UF膜截留,而被截留的杂质附着于UF膜表面,起到截留更多杂质的作用,使得UF膜的除浊率增大。类似的现象在空气过滤领域比较常见[6]。


图4进水浊度与平均除浊率随时间变化关系

图5a）显示了不同阶段内UF膜跨膜压差日平均值的变化。从图中可以看出,当制水系统连续运转时,在第一阶段（06-05—06-08）和第三阶段（07-06—07-12）,UF膜的跨膜压差相对稳定,分别为20与26kPa,使用中水为水源后UF系统过滤跨膜压差上升了30%。而在第二阶段（06-17—07-05）,使用中水间歇性制水时,UF膜跨膜压差不断上升,在第二时段,系统进行过一次EFM清洗,因此,在07-05当日UF膜跨膜压差又出现下降。


图5UF系统跨膜压差随日期的变化及每日不同时间段跨膜压差的变化

对每一套UF膜每天的跨膜压差数据进行比较,如图5b）~d）所示,可以发现：无论是使用自来水或者中水进行连续制水,UF膜的跨膜压差均能保持相对稳定,如图5b）与d）。说明当UF系统进水水质稳定时,通过定期对UF反洗与EFM清洗,能够保持膜表面相对清洁,杂质不会在UF膜表面持续聚集。

当使用中水为水源间歇性制水时,UF膜跨膜压差有比较明显的上升,如图5c）所示。在这一阶段,UF进水浊度非常高,而通过上文的分析：浊度越高时,UF膜的除浊率越大,这就意味着更多的杂质会被UF膜所截留,造成UF膜的污染加重。在此阶段,UF系统的清洗已经不能完全保持膜表面的清洁,需要加强EFM清洗,减轻膜表面的污染。

通过图5a）、b）与d）可以发现,在使用中水连续制水后,UF膜的跨膜压差比使用自来水时上升了30%,而在这一阶段,UF进水浊度比较低,除浊率也相对较低,理论上对UF膜的污染会减弱。这表明在第三阶段即使进行了EFM清洗,也很难使得UF膜恢复到原有跨膜压差值,膜表面受到的污染难以消除。

3结语

本文分析了UF系统进水水源由市政自来水改为中水后,产水浊度、除浊率、过滤膜跨膜压差的变化,得到以下主要结论：改用中水的初期,制水系统采用不连续运行方式时,UF系统进水的浊度明显上升;UF系统的除浊率与进水浊度之间存在线性关系,进水浊度越大,除浊率越高,相应的,超滤膜也越容易发生堵塞,造成超滤膜跨膜压差的上升;

使用中水后,超滤膜的跨膜压差比使用市政自来水时上升了30%。因此,在电厂调试以及生产运行期间,当补给水系统的水源发生改变时,应及时监测UF系统给水水质的变化,水质恶化时要增加UF系统的清洗频率,减少超滤膜的堵塞。