国核工程有限公司 上海 201100
摘要：浸没式超滤技术凭借其较低的能耗，较小的占地面积，以及可以处理高浊度的原水等优势，在电厂锅炉补给水系统中得到了广泛的应用。因此文章结合实际，就浸没式超滤工艺在电厂锅炉补给水系统中的应用进行略述。
关键词：浸没式超滤工艺；电厂锅炉补给水系统；应用
随着超滤膜性能的不断提高和价位的不断降低，国内外已逐渐将超滤和其他水处理技术组合用于城市给水、工业用水、电厂水处理。与其他超滤系统相比，浸没式超滤系统能耗低，易与传统工艺相结合；在系统设计上，浸没式超滤系统的超滤膜可直接被浸入到需要处理的水中。浸没式超滤膜组件目前已被广泛应用于废水处理领域，尤其在处理高浊度污水方面，浸没式超滤越来越受到重视。近几年浸没式超滤是受到国际海水淡化界广泛关注的膜法预处理技术，该技术克服了传统预处理工艺出水水质不稳定、胶体和溶解有机物去除效果差以及使用多种化学试剂等诸多缺点和不足，具有广阔的应用前景。
一、工程概况
某电厂锅炉补给水系统采用浸没式超滤处理经石灰混凝沉淀后的鸭淀水库水，使其设计水质主要指标的浊度小于5，pH为 7～9。在基建期间，由于水库水源不稳定，还采用地下井水和自来水作为超滤制水水源。本文研究了浸没式超滤对3种水源的浊度、化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）和胶体硅的去除率，最后对浸没式超滤和组件式超滤进行经济对比分析，表明浸没式超滤较传统组件式超滤具有一定的优势。
二、浸没式超滤工艺
（一）浸没式膜结构及过滤原理介绍
超滤过程是一物理筛分过程，超滤膜能有效地截留比膜孔径大的无机颗粒物及大分子有机物等胶体杂质。浸没式超滤膜一般采用“由外至内”的流动方式，以 Zee Weed 系列膜为例，原水经孔径为 0.04μm的中空纤维膜进行过滤。这种微小的孔径几乎可以去除水中所有悬浮颗粒物、胶体及大分子，包括细菌（过滤率 99% 以上）、部分病毒。膜丝固定在一个框架上，称为一个膜块，膜丝两端分别固定在膜块的集水管道上，原水通过超滤膜丝的孔径进入中空纤维丝的内部通道，然后汇到膜丝两端的集水管上，最后通过产水泵将产水送入产水箱。在反洗过程中，从超滤膜箱底部进入的空气与水混合，在超滤膜的表面形成涡流，上升中的气泡清洗超滤膜丝的外表面，可提高超滤膜的处理效率。
（二）浸没式超滤运行工艺
电厂锅炉补给水系统中的超滤系统设计了4套超滤装置，每套装置额定产水 135m3/ h。原水经生水提升泵向分配水渠补水，分配水渠的水经调节阀向超滤膜池补水，通过产水泵的抽吸作用，使原水由外侧向内侧渗滤得到产水，送至产水箱，小颗粒及大分子物质被截留在膜丝外侧，最终通过反洗排出系统。超滤运行周期主要有产水、反洗、维护性清洗、恢复性清洗4个过程。流程为：产水→反洗→产水→……→产水→维护性清洗→产水→反洗→产水→…… →产水→恢复性清洗→产水→反洗→……。产水、反洗、维护性清洗、恢复性清洗的每一过程都是独立的程序，整个过程根据时间设定全自动执行。产水时间一般设定在 30～40min，自动转入反洗，反洗结束后自动转入产水，维护性清洗一般7天进行一次，恢复性清洗一般30天进行一次。
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三、浸没式超滤全自动运行控制策略
超滤系统采用分散控制系统（distributed controlsystem，DCS）实现自动控制，原水经生水提升泵向分配水渠补水，通过泵的变频器对分配水渠液位进行 PID 调节，保持分配水渠液位稳定；分配水渠的水经调节阀向膜池补水，通过调节 K2 的开度对膜池液位进行 PID 调节，保持膜池液位稳定；产水泵出口设计有流量计，根据设定的流量对产水泵的变频器进行 PID 调节。整个超滤运行是根据设定产水泵的产水量来调节生水提升泵频率及调节阀开度，保持分配水渠液位及膜池液位的稳定。超滤运行周期主要有产水、反洗、维护性清洗、恢复性清洗 4 个过程，每个过程都是独立的程序，根据设定时间全自动执行步序。因此，实现整个超滤系统全自动控制策略的关键就在于自动启动、自动停止的条件判断上。根据调试经验选择超滤产水总需求量作为全自动启停的判断条件，经过长期运行检验，系统启停稳定，避免了频繁启停，达到了预期的效果。
四、浸没式超滤除污性能
超滤膜允许小分子物质和溶解性固体等通过，同时截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物等。基建期间为了检验膜的除污性能，选择井水、水库水、自来水 3 种水源作为原水，由于条件限制只选择浊度去除效果、COD 去除率、胶体硅去除效果作为研究对象。
（一）超滤对3种水源浊度去除效果
降低浊度不仅可以满足感官性状的要求，而且对限制水中细菌、病毒和其他有害物质的含量也具有重要意义，也是超滤的最基本功能。由于工程的限制，只对 3 种水源进行去除浊度的试验。井水直接从地下抽取，浊度较高；自来水浊度的各项指标较稳定；水库水经机械搅拌澄清池、多空隙滤池处理后进入超滤，浊度相对比较稳定。超滤对以上 3 种水源浊度的去除效果均较好，几乎不受进水水质的影响，出水浊度都保持在 0.1 NTU 以下，保障了出水浊度的稳定性，为后续反渗透系统提供了稳定的进水水质。
（二）超滤对3种水源 COD 去除效果
COD 是反映水中有机污染物含量的重要指标，COD 越高，水中的有机污染物越高。COD 测定方法分重铬酸钾法和高锰酸钾法，本文试验采用了高锰酸钾法 CODM n来测定，其符号记作 μCODM n。3 种水源中，水库水的 μCODM n较大，且水质随季节波动较大；井水和自来水 μCODM n较小且比较稳定。滤对水中的 μCODM n有一定的去除效果，尤其 μCODM n较大的水库水有较高的去除率，最高可达 48.5%，对 μCODM n较小的自来水和井水去除率较小，在 20%～30% 之间。由此可以看出，超滤对 3 种水源 μCODM n的去除率有所不同，这主要是与原水水质有关。水库水的有机污染物较多，特别是大分子有机物较多，被超滤膜截留的有机物就多，因此其 μCODM n去除率较高。
（三）超滤对 3 种水源胶体硅的去除效果
水中的硅可分为胶体硅和溶解硅，超滤对溶解硅几乎没有去除效果，而对胶体硅去除率较高，因此只研究超滤对胶体硅的去除效果。3 种水源中井水未经预处理，因此浊度和胶体硅含量较高且波动大，自来水和水库水经过预处理，胶体硅含量低且波动小。超滤对 3 种水源中的胶体硅有较高的去除效果，能达到 85% 以上，出水水质稳定。
五、结论
（1）浸没式超滤对进水的浊度和颗粒物要求不高。组件式超滤由于进水与膜壳中的膜丝直接接触，为了防止小颗粒物损伤膜丝，要求原水中不能含有小颗粒物；浸没式超滤中，水由底部进入膜池，再上升进入膜丝，流速很低，水中颗粒物将沉淀在池底部，反洗时排出系统，因此对进水水质的要求不高。（2）浸没式超滤利用产水泵抽吸来得到产水，运行具有操作压力低、不易污染、产水水质高、水质稳定等优点，完全能满足后续的反渗透进水水质的要求。（3）膜表面积较大，水通量较大，占地面积小。（4）浸没式超滤的一次性投资成本比组件式超滤略高，其他安装调试成本、运行维护成本都比组件式超滤低，具有明显优势。（5）操作简单，自动化程度高，采用本文中产水需求量的控制策略，完全可以实现全自动运行。
参考文献
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论文作者:侯战涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/7
标签：超滤论文; 超滤膜论文; 浊度论文; 胶体论文; 水源论文; 水质论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;