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[膜技术] 超滤在锅炉补给水处理中的应用研究

发布时间：2009/6/17 阅读次数：646 字体大小: 【小】【中】【大】

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为实现用反渗透代替一级复床系统制取锅炉补给水，试验采用超滤进行预处理。结果证明，超滤比传统的预处理工艺具有明显的优势。针对超滤过程中存在的浓差极化问题，通过对运行条件及清洗方式的试验研究，得到令人满意的结果。

目前，随着能源紧张、原材料价格大幅度提高、水资源匮乏等问题的日益突出，反渗透脱盐技术以其能耗低、无污染、适应性强、便于操作、运行费用低等显著特点，在锅炉补给水方面占据愈来愈重要的地位。但由于反渗透膜极易被污染，要充分发挥其优势，预处理就成为一个至关重要的环节。传统的预处理工艺一般是：工业水—活性炭过滤器—细砂过滤器(同时需加入盐酸和六偏磷酸钠) —5μm保安过滤器—反渗透。该系统一般可以滤除2μm以上的固体颗粒，而淡水中存在的小于2μm的大量金属氧化物、粘泥等，常以稳定的胶体形式存在，因此还需投加絮凝剂使之聚合，提高滤他的截污率；且该系统操作过程复杂、繁琐，占地面积大，设备投资和运行费用都较高，也不易达到反渗透进水水质要求，在很大程度上妨碍了反渗透的推广应用。

为实现用反渗透代替一级复床除盐的目的，试验采用的预处理系统为：工业水—205μm滤芯过滤器—超滤(UF)(加盐酸)—反渗透(RO)。在大连第一发电厂进行了预处理系统的现场测试，结果表明，其较传统的预处理工艺具有明显的优越性。

1 原理及工艺流程

1． 1 超滤原理

超滤是利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程(原理见图1)。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为3X104—1x104的物质。当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时，水分子和分子量小于300—500的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，从而使水得到净化。也就是说，当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等。

在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累，会产生浓差极化现象，当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水量急剧下降，这使得超滤的应用受到一定程度的限制。为此，需通过试验进行研究，以确定最佳的工艺和运行条件，最大限度地减轻浓差极化的影响，使超滤成为一种可靠的反渗透预处理方法。

1．2 工艺流程

1．2．1 超滤组件性能

试验采用大连化物所研制的BW型中空纤维超滤组件，技术指标如表l。

1．2．2试验水质

见表2。

1．2．3 工艺流程

试验采用4组件并联系统，产水量2m3/h。为防止工业水管路中夹带大颗粒划伤膜表面，在超滤前设置20μm聚丙烯烽房式滤芯过滤器。超滤膜失效后用5％盐酸还原，可反复使用。试验设计了独立的反洗系统，可使膜的清洗控制更加灵活方便，保持超滤膜的透水量相对稳定。浓水可以部分或全部循环使用，以提高水的利用率。流程图见图2。

2 试验结果与分析

2．1 最佳运行条件的确定

2．1．1 操作压力

试验通过从0．07—0．16MPa之间10个压力参数下超滤膜透水量的测定，表明随着操作压力的增加，透水量基本呈线性增大，这表明压力是超滤过程的主要动力。

试验还测定了不同操作压力下，透水量随时间的变化规律，见图3。从图3中可以看出：透水量的衰减速率随着操作压力的提高而增大，这表明操作压力的提高将加剧浓差极化，在膜表面累积的高分子及胶体物质将形成所谓的第二动态膜，即凝胶层，严重影响水流状态和增加水分子及低分子量物质的透过阻力，致使外界增加的压力与所产生的阻力相平衡，导致透水量急剧下降，因此超滤宜在尽可能低的操作压力下工作。

2．1．2 浓水流量

不同浓水流量下透水量的衰减规律见图4。

试验表明，浓水流量过低时，透水量的衰减明显加剧。这是因为浓水流量过低时，由于水流状态趋向层流，造成膜表面凝胶层增厚，浓差极化现象更加严重，使水分子和低分子量物质透过膜的阻力增大，组件导致透水量明显下降。因而浓水流量不宜过低，要提高水的利用率可以通过浓水回流来实现。

2．1．3运行水温

试验表明，温度是影响超滤透水量的主要因素，透水量对湿度的变化非常敏感，如图5所示。这说明水温升高一方面降低了料液的粘度，使水流状态得到改善，另一方面加速了分子的运动，使水分子和低分子量物质更易透过膜。

随着水温的升高，透水量随时间的衰减趋势也逐渐平缓。在25℃时，可保持在一个相对稳定的水平上，即该条件下凝胶层基本处于动态平衡，因而在膜的许可温度范围内宜尽可能提高运行水温。

2．2 分离性能

超滤是以具有一定孔径的膜节流水中的溶质及固体颗粒，因此，从理论上讲，经超滤的水其污染指数SDI应等于0。此外，超滤对各种有机物及肢体均有良好的去除效果。

为考察超滤对不同水源的试验情况，除工业水外还对大连第一发电厂循环水进行了超滤试验，均显示出良好的分离性能．结果见表3。

2．3 清洗

在超滤过程中，除了科学地设定运行条件以控制浓差极化带来的不利因素外，适当的清洗也是维持超滤性能长期稳定的有效途径。

在超滤组件连续运行时，定时短暂的反冲洗可使凝胶层在尚未达到一定的厚度时被去除，可以保证透水量的相对稳定。

在超滤组件间断运行时，每次开机先进行反冲洗，可使透水量恢复到100％。这是因为凝胶层经浸泡后由于自身扩散而变得疏松，传质推动力得以恢复，施以反向压力即可将其除去。

3 结论

a．超滤与传统的预处理工艺相比，系统简单、操作方便、占地小、投资省、且水质极优，可满足各类反渗透装置的进水要求。

b．合理地选择运行条件和清洗工艺，可完全控制超滤的浓差极化问题，使此预处理方法更可靠。

c．超滤对水中的有机物和各类胶体均具有良好的去除特性，因而可以考虑扩大到凝结水精处理及离子交换除盐系统的预处理中。

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