摘要：由于膜分离技术的发展，传统的离子交换已经失去了优越地位，以反渗透代替一级复床和以EDI代替混床的膜法技术日趋成熟。当前新建的大型火力发电厂锅炉补给水处理中大部分采用“超滤 + 反渗透 + EDI”的全膜法水处理工艺。本文对超滤、反渗透、EDI的原理及运行参数进行简单介绍。
关键词：膜；超滤；反渗透；EDI；原理；性能；参数；效果
膜分离法是利用特殊的薄膜对液体或气体中的成分进行选择性分离的过程。膜的特殊性表现在它的选择性透过上，由此形成多种不同的膜分离单元。膜分离技术在电厂水处理中逐步代替传统的过滤器及离子交换树脂，具有诸多优点：产水量稳定，产水水质好；分离效率高，操作简单；占地面积小；以压力或电力为动力，低能耗、低成本；添加药品用量少，无废药液排放，不污染环境；适用水质范围广等。
一、超滤
（一）表征超滤膜分离性能和分离效果的参数有：水通量（透水速率）和截留率、截留分子量、亲水性、疏水性、化学稳定性及抗断裂性能。
1.水通量或透水速率
描述超滤膜透过性的参数是膜的水通量。水通量分为纯水通量和溶液通量，纯水通量可用于膜的性能指标的标定。常用污染和清洗后的纯水通量与初始纯水通量进行比较来表征膜污染程度和清洗效果。
2.截留率
截留率即膜对溶质的分离、脱除率。超滤膜对溶质截留率主要是对大分子有机物、胶体、悬浮物的截留。
3.超滤膜孔径和截留分子量
超滤膜的分离特性和透水性完全取决于膜孔径的大小。膜孔径测定方法有电镜直接测定法和泡点测定法。
4.膜的亲水、疏水性
亲水性好的膜性能优势表现在耐污染能力强，另外，亲水性膜易于清洗，清洗效果好，疏水性超滤膜在过滤传质过程中，胶体、油、蛋白质等污染物质成饼状附着在膜的表面，通过简单水反洗很难清洗干净，疏水性膜操作压力高并且化学清洗频率高。
5.断裂强度与断裂伸长率
超滤膜的机械强度大小体现出膜丝抵抗断裂的能力。断丝使超滤膜失去分离性能，是评价超滤膜好坏的一项重要指标，机械强度由膜丝的断裂强度和断裂伸长率来表示。
（二）超滤的操作参数
1.水通量
水通量一方面取决于膜孔的大小和分布，另一方面取决于操作压力。
2.操作压力、压力降和膜压差
中空纤维超滤膜的工作压力范围为0.1～0.6MPa，是指在超滤的定义域内，处理溶液通常所使用的工作压力。分离不同分子量的物质，需要选用相应截留分子量的超滤膜，则操作压力也有所不同。压力过低，水通量小。在一定范围内，压力增大，水通量呈线性增大，操作压力是超滤过程的主要动力。
3.回收率和浓水流量
为保证超滤设备正常运行，应规定组件的最小浓水排放量及最大回收率。在一般的水处理设备中，中空纤维膜组件的回收率一般为50%～900%。回收率选择的依据是进水的组成及状态，即被截留物质的多少、在膜表面形成的污染层厚度及透过水量的影响等多种因素。
4.膜面流速
给水在膜面上流动的线速度是超滤系统中的一项重要操作参数。流速大造成过大压力降，而且加速超滤膜性能衰减；流速小使截留物在膜表面形成的边界层厚度增大，加剧浓差极化，影响透水速率及产水质量。
5.进水温度
温度是影响超滤水通量的主要因素。超滤膜的透水能力随温度升高而增大，因为水溶液黏度随温度升高而降低，从而降低运行阻力，提高透水速率；温度的升高加速了分子运动，使水分子和低分子量物质更易透过膜；随水温的提高，水通量随时间的衰减趋势也逐渐平缓。
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6.运行周期
随着超滤过程的进行，在膜表面逐渐形成凝胶层，使水通量下降，当水通量达到某一最低数值时，就需要进行冲洗，这段时间为运行周期。运行周期的变化与清洗情况有关。
7.进水水质
为了提高膜的水通量，保证超滤正常稳定运行，根据需要应对进水进行预处理，满足超滤装置对进水的要求。
（三）提高超滤膜水通量的方法
提高超滤膜水通量即提高设备出力。提高出力的关键点在于提高膜的抗浓差极化和抗污染能力。具体措施包括提高预处理效果，改进组件结构设计，合理的操作条件，膜表面改性处理，优化和筛选膜的彻底清洗方法。
二、反渗透
（一）反渗透膜的性能指标。
1、水通量（透过速率），膜的透过速率与膜材料的化学特性和分离膜的形态结构有关，且随操作压力的增大而增大。此参数直接决定分离设备的大小。在一定范围内，操作压力越大，水通量越大；孔隙越大，水通量越大；温度越高，水通量越大。2、脱盐率，给水与产水浓度之差与给水浓度的比值叫做脱盐率。
（二）性能指标间关系。
1、操作压力和脱盐率、水通量关系
压力是反渗透的推动力，在错流流动情况下，反渗透膜中传质推动力是膜两侧的压力差。压力升高，水通量增大。在其他条件固定情况下，增大压力会使单位膜面积水通量增大，进水压力本身并不会影响盐透过量，虽然盐通过膜的渗透量不受压力影响，但产水流量增大稀释了透过膜的盐分，所以提高了脱盐率。当进水压力超过一定值时，由于过高的回收率，加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。
2、温度与水通量和脱盐率的关系
温度对反渗透的运行压力、脱盐率、压降影响最为明显。温度上升，渗透性能增加，在一定水通量下要求的净推动力减少，因此实际运行压力降低。同时溶质透过速率也随温度的升高而增加，盐透过量增加，直接表现为产品水电导率升高。
3、进水PH值对反渗透膜性能的影响
各种膜组件都有一个允许的pH值范围，进水pH值对产水量几乎没有影响；但是即使在允许范围内，PH值对脱盐率也有较大影响，一方面pH值对产品水的电导率也有一定的影响，这是因为反渗透膜本身大都带有一些活性基团，pH值可以影响膜表面的电场进而影响到离子的迁移，pH值对进水中杂质的形态有直接影响。
4、给水含盐量与水通量和脱盐率的关系
渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，含盐量越高渗透压也增加，进水压力不变的情况下，净压力将减小，产水量降低。透盐率正比于反渗透膜正反两侧盐浓度差，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。
5、回收率与含盐量的关系
回收率对各段压降有很大的影响，在进水总流量保持一定的条件下，回收率增加，由于流经反渗透高压侧的浓水流量减少，总压降降低，回收率减少，总压降增大，实际运行表明，回收率即使变化很小，如1%，也会使总压差产生0.02MPa左右的变化。
三、EDI
填充床电渗析（EDI）是在普通电渗析和离子交换成熟技术的基础上发展起来的。EDI膜堆是由夹在两个电极之间的一定对数的单元组成。每个单元内有淡水室和浓水室。淡水室用混合均匀的阴阳树脂填满，即组成混床。
四、系统应用
超滤作为反渗透预处理具有多方面优势：1、超滤能很好地阻挡胶体，产水SDI和浊度比传统预处理方法低，大大降低了胶体对反渗透膜的污染，使反渗透的清洗周期大大延长；2、超滤对有机物的截留显著，可以有效的减少反渗透膜的有机物污染；3、超滤出水水质更稳定，受原水水质变化影响小；4、系统操作简单、稳定；5、设备占地面积小；6、运行费用相对不高。用“超滤 + 反渗透 + EDI”的全膜法水处理工艺制备火力发电厂的锅炉补给水，超滤良好的产水水质能给反渗透膜提供最佳保护，用EDI 替代传统混床的技术彻底消除了酸碱的使用。
参考文献：
[1]中国膜工业协会标准化委员会.膜技术标准汇编[M].北京：中国标准出版社，2007.
[2]刘茉娥.膜分离法技术的应用[M].北京：化学工业出版社，2001.
[3]陈永.多孔材料制备与表征[M].北京：中国科学技术大学出版社，2010.
论文作者:张英康
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
标签：通量论文; 超滤膜论文; 超滤论文; 压力论文; 脱盐论文; 回收率论文; 反渗透论文; 《电力设备》2018年第15期论文;