最新的超濾技術在處理黃河水上的應用
1. 前言
近些年隨著我國工業化和城市化的進程，大量的工業和生活污染物排放到環境中，給水體帶來越來越嚴重的污染。惡化的水質危及工業生產和人們的健康，增加了整個社會獲取水資源的成本。黃河就是其中一個實例。
在黃河下游地區，建有許多套反滲透脫鹽系統。這些系統以黃河水為原水，基本上采用“多介質過濾+活性炭”作為反滲透預處理工藝。但是最近調查發現，在很多系統中，該常規預處理工藝的處理效果往往達不到設計要求，出水SDI值偏高。結果帶來保安過濾器濾芯更換頻繁，反滲透膜清洗周期縮短等諸多問題，大大縮短了反滲透膜的壽命，增加了系統的運行維護成本。
濟南金雞嶺熱源廠現有的310m3/h鍋爐補給水系統于2002年8月將水源由地下水更換為黃河水后，也出現了類似的問題。反滲透膜的清洗周期由5個月縮短到1個月，同時出現了產水量下降的困擾。為了解決上述問題，金雞嶺熱源廠借鑒廢水回用和循環水零排放設計中采用的超濾技術，考慮以超濾做為反滲透的預處理來替代常規的“多介質過濾+活性炭”工藝。慎重起見，以黃河水為原水進行了為期兩周的中試，以驗證超濾工藝的可靠性并據此提出工程設計參數。
2. 超濾膜分離技術
膜分離技術是一大類技術的總稱。和水處理有關的主要包括微濾、超濾、鈉濾和反滲透等幾類。這些膜分離產品均是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質。其過濾的精度和濾膜本身的孔徑大小有關。通常習慣把孔徑較大的稱為微濾（Microfiltration），而較小的稱為超濾（ Ultrafiltration），而“孔徑”更小則是鈉濾和反滲透。
這些分離膜的“孔徑”和分離的對象如下表和下圖所示：
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上圖顯示了水中各種雜質的大小和去除它們所使用的分離方法。反滲透主要用來去除水中溶解的無機鹽；而超濾則可以去除病毒、大分子物質、膠體等；微濾一般能夠去除水中的細菌、灰塵，具有很好的除濁效果。這些都是傳統的過濾（如砂濾、多介質過濾等）無法實現的。
超濾膜分離產品從形式上分為中空纖維、管式、卷式、平板式等；從材質上分PP、PE、PS、PVDF、PAN等多種。這些膜產品能夠具備優異的分離能力，是和它的結構及材料密不可分的。下面幾張圖顯示了聚合物膜材料的結構。
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超濾膜屬于非對稱的結構，即包括致密的皮層（真正起分離作用）和多孔的支撐層。這種結構既保證了良好的分離效果，又提高了膜通量，降低運行能耗，并抗污堵。這些因素使得膜產品最終能夠實現大工業化的應用。目前在青島、山西等地多個熱電廠的鍋爐給水系統中已經成功采用超濾做為反滲透的預處理。
膜分離產品最近受到了市場的高度關注，這是因為它具有如下的優點：
對雜質的去除效率高，產水水質大大好于傳統方法；
大大減少化學藥劑的使用，避免二次污染；
系統易于自動化，可靠性高。運行簡易，設施只有開啟，關閉兩檔；
占地面積；
與常規水處理系統費用相當。
3. 試驗結果
3.1原水水質
試驗原水為經自來水廠處理的黃河水，取自金雞嶺熱源廠化水車間生水池。其主要水質指標如下：
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3.2試驗裝置及試驗流程
試驗裝置采用歐美環境工程公司一體化的集裝箱式中試裝置，緊湊布置了φ750多介質過濾器、φ750活性炭過濾器、超濾裝置一套、反滲透裝置一套、EDI裝置一套。以及輔助的自動控制系統、輸送系統及在線儀表。其中超濾使用的是OMEXELLTMSFP 2660超濾元件，該產品是歐美環境工程公司為廢水處理和反滲透預處理而設計、制造的，采用改性的PVDF材質，耐污染、抗氧化性較好。
試驗以黃河水為原水，比較了常規“多介質過濾+活性炭”工藝和超濾工藝對濁度、SDI的去除效果，并評價了超濾膜通量的變化情況。其中原水在進入多介質過濾器前加入了10ppm PAC做為混凝劑；而原水不加任何藥劑直接進入超濾。
試驗中超濾的產水量為5m3/h。超濾裝置采用4支OMEXELLTM-SFP 2660超濾膜，全自動運行。采取死端過濾的方式，每支膜運行30分鐘反洗一次，反洗時間1分鐘（包括濃排時間），反洗水流量2m3/h。每支膜運行12小時氣洗一次，氣洗強度7Nm3/h。
4. 結論
通過中試及對中試過程的數據分析可以得出以下結論。
1. 超濾作為反滲透的預處理，以濟南地區黃河水作為原水，在技術上是可行的；
2. “多介質過濾器+活性炭過濾器”的常規預處理工藝，處理黃河水，其產水的SDI15難以控制在4以下，有時甚至超過5、6，不利于對反滲透膜的保護；
3. 試驗期間超濾產水的SDI15在0.5以下，遠遠優于常規工藝。
4. 試驗期間超濾膜基本沒有出現通量不可恢復性下降的情況，表現了較好的抗污堵性能。但長期工作的穩定性還有待進一步考察。
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