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[摘 要]本文针对达拉特发电厂三期化学水处理系统，微滤改造为超滤的反渗透预处理系统的工艺进行了介绍，主要从用于原水的黄河水和循环水的水质特点、超滤膜的特点、超滤膜的选择等方面进行了阐述。
[关键词]水处理 反渗透预处理 沙滤 超滤 选择
中图分类号：TK282 文献标识码：TK 文章编号：1009―914X（2013）34―0551―02
1.问题背景
达拉特发电厂主要以黄河水作为生产用水，然而三期水处理使用循环水塔排污水和黄河水，如何将其处理好，就是摆在我们面前的一个问题。针对黄河水和循环水含盐量、有机物较高的特点，通常将反渗透作为化学水处理系统的预处理，反渗透系统运行的好坏，直接关系到整个水处理系统的稳定运行，而反渗透的进水是其安全运行的关键。目前，我厂用于反渗透来水预处理的工艺有很多，如 一、二期工程是虹吸滤池+高效过滤器+多介质过滤+活性炭过滤器；三期工程是微滤+活性炭过滤器，四期工程是无阀滤池+叠滤+超滤；由于三期微滤不适宜来水设计，而超滤在四期有制水量稳定的优势，因此我们讨论超滤在我厂三期改造后的应用。
我厂三期#5、6机组当初设计锅炉补给水水源为循环冷却水的排污水，备用水源为黄河水。循环冷却水的含盐量、有机物高，尤其到了夏季，微生物繁殖快，含有一定量的钡、锶；且含有一定量的铁和溶解性二氧化硅。如果预处理效果不佳，对反渗透容易产生污染。而三期预处理设备为微滤。2005年七月份调试结束正式投入运行，经过一年多的运行，发现该设备根本无法正常处理循环水，它存在以下几个问题，1，加药量大，加药管易堵；2，膜管在气洗时易断，从而导致出水浊度超标，影响下一步活性炭过滤器的运行；3，膜管一旦污染，不易清洗。4，设备易坏，检修率高。后来将循环水改为黄河水，加药量虽然有所下降，但出水水质仍不合格，到2006年底只有将水源改为地下水勉强运行，决定对三期微滤进行改造。
黄河水经过初步的预处理后，采用超滤作为反渗透的预处理，在许多被污染的地表水处理及污水回用中试和工程应用上已经证明是十分可靠的预处理工艺。采用超滤膜分离系统作为反渗透的预处理，可较大范围地适应进水水质变化，产水水质较好且稳定。超滤的采用可以更有效地保护反渗透装置，使反渗透膜免受污染，同时可提高反渗透膜的设计水通量。超滤膜分离技术具有占地小、出水水质好、自动化程度高等特点。为了更好的发挥超滤的作用，三期改造是在超滤前设计安装沙滤和叠片式过滤器。
三期改造前系统流程：黄河水或循环水→微滤 →活性炭过滤器→5u过滤器→反渗透
三期改造后系统流程：黄河水→沙滤→叠滤→超滤→活性炭过滤器→5u过滤器→反渗透
2.沙滤与叠滤的使用特点
2.1沙滤
沙滤球形外壳和独特的内部设计可以确保过滤时水流平稳，过滤效果好，反冲洗时形成无数内环流，反冲效率高。具有全自动过滤，全自动反冲洗，用沙少，费水少等优点。
沙滤工作原理
（1）过滤状态 当系统处于过滤状态时，未经过滤的水通过三层布水器，配合球形外壳，以接近平流的状态到达过滤器内的填料层。当水流过填料层时，杂质被截留在填料层内。过滤器底部有55个蘑菇状的过滤集水器，将过滤后的水均匀地收集并流出。平流过滤，决定过滤器可以在高的流速下过滤，仍可达到较好的过滤效果。
（2）反洗状态 随着杂质在填料层中的不断聚积，压头损失将不断增大。当压头损失到达一定的设定限度时，系统将自动转换至反洗状态，以清洗聚积起来的杂质。
对系统来说，经常性的反洗以清除聚积起来的杂质是必须的。当系统处于反洗状态时，同组的一个或多个过滤器会将干净的、经过过滤的水通过一个三通反洗阀同时倒灌入这个过滤器中。在这个倒灌过程中，被反洗的过滤单元的填料层在水流的冲击下被冲起，杂质则通过一个三通的反洗口被排出。在A.G.F系统中，特殊设计的集水器使填料层在反洗状态时形成内环流，填料之间互相搓洗，最大限度地提高反沖洗效率，减少所需的反洗水，同时反洗时不跑沙。当反洗结束时，阀门又回复到过滤状态，下一个过滤单元则准备进入反洗状态。
2.2叠片式过滤器
叠片过滤器是过滤技术的一次创新，薄薄的特定颜色的塑料叠片两边刻有大量一定微米尺寸的沟槽。一串同种模式的叠片叠压在特别设计的内撑上。通过弹簧和液体压力压紧时，叠片之间的沟槽交叉，从而制造出拥有一系列独特过滤通道的深层过滤单元，这个过滤单元装在一个耐压耐腐蚀的滤筒中形成过滤器。在过滤时，过滤叠片通过弹簧和流体压压紧，压差越大，压紧力越强。保证了自锁性高效过滤。液体由外缘通过沟槽流向叠片内缘，经过18-32个过滤点，从而形成独特的深层过滤。过滤结束后通过手工或液压使叠片之间松开进行手工清洗或自动反冲洗。
2.3与传统的过滤器相比，叠片过滤器具有如下的技术特点：
（1）精确过滤；（2）高效反洗；（3）全自动运行，连续出水；（4）标准模块化；（5）节省占地；（6）运行可靠维护简单；（7）使用寿命长；
3.超滤膜的选择
超滤（简称U F）是以压力为推动力，超滤膜通常使用的材料都是高分子聚合物。选择超滤作为反渗透预处理用来避免 RO 系统受到微生物及胶体污染的困扰
3.1超滤膜对溶质的分离过程主要有：
（1）在膜表面及微孔内吸附；（2）在孔内停留被去除；.（3）在膜面的机械截留。
在压力作用下，原料液中的溶剂和小分子从高压侧透过膜到低压侧，大分子及颗粒组分
被截留，形成浓液排出。膜的作用是靠一定大小和形状的孔，形成的筛分作用。超滤有两种可行的操作模式：内压式过滤和外压式过滤。采用内压式时，料液先进入膜丝内腔，从膜丝内壁施压，产水透过膜壁，从膜丝外壁流出。外压式的过程相反。我厂采用的是外压式。 3.2超滤膜的污染主要有：
超滤膜的污染（如下图）主要有三个方面：表面吸附、颗粒的阻塞、表面的附着。一个膜如果能够很好的克服这三个方面的污染，那么这个膜通过简单的反洗就可以达到理想的清洗效果，从而可以更好地应用于大规模的水处理工程。我公司的膜首先从克服表面吸附入手，使用永久强亲水性的膜材料，所以很好的克服了膜的表面吸附的污染；其次因为我们的膜是有全球知名度很高的公司提供的，膜的生产过程中都要经过严格的质量检验，膜的孔径分布很窄，没有大孔缺陷，所以很好的克服了颗粒的阻塞；第三表面的附着，我们在实际产水过程中定期加入次氯酸钠杀菌，用来杜绝膜表面的附着；我们克服了这三方面的污染问题，也就是保证了我们的超滤膜组件在生产实际应用中的可靠性。
3.3亲水膜与非亲水膜的优劣比较：
非亲水性超滤膜，在过滤的传质过程中，胶体、油、蛋白等污染物质成饼状附着在膜的表面，通过简单的水反洗很难清洗干净，非亲水性膜操作压力高并且化学清洗频率高；而亲水性超滤膜在过滤的传质过程中，胶体、油、蛋白等污染物质 在膜表面聚结成球状，这种球状的聚结物，很容易从膜表面脱离，所以通过简单的反洗就可以清洗干净，亲水性超滤膜操作压力低且化学清洗频率低。
下图为亲水性超滤膜（橙色曲线）与非亲水性超滤膜（暗棕色曲线）的反洗和化学清洗的比较，如图所示亲水性的超滤膜化学清洗周期比较长、化学清洗恢复较好、在每一个化学清洗周期内，反洗后的透量恢复接近100%；非亲水性超滤膜的化学清洗周期短、每一个化学清洗周期内反洗后的透量恢复只有80--90%；所以在大规模水处理的工程上，亲水性的超滤膜要比非亲水性的超滤膜有明显的优势，亲水性的超滤膜在实际的工程中能够在使用寿命内，很好的维持住一个稳定的透量---设计透量。
4.总结：经过上述比较，我们采用了亲水性膜，并在相对低的压力下0.1---0.2MPa错流运行，出水浊度≤0.20NTU，SDI≤4，产水量每套80 M3/H，四套超滤的设计流量为4X100M3/H，只要投运两套就能保证正常的用水要求。
通过改造的“循环排污水→沙滤→叠滤→超滤→活性炭过滤器”方式作為反渗透系统的前置预处理，它不仅能去除悬浮物，还能去除大部分胶体和微生物，有效地保护反渗透膜，大大延长反渗透膜的清洗周期。
通过四年的三期水处理制水运行数据统计，我厂三期超滤改造工作圆满的达到了预期效果。为四期超滤膜的使用提供技术参考。
参考文献
[1] 李培元.《火力发电厂水处理及水质控制》北京：中国电力出版社，2008.
[2] 田野，林亚凯，王晓琳.聚偏氟乙烯超/微滤膜的制备技术及其应用现状[J].新材料产业，2009（7）：13—15.
[3] 刘玮，曹杰玉.提高电厂高纯水pH值测量准确度的研究[J].中国电力，2006（1O）：80—83.
[4] 周柏清，陈志和. 《热力发电厂水处理》北京 中国电力出版社 2009
作者简介
杨金龙（1971一），男，内蒙古包头人，达拉特发电厂化学运行 化学工程师从事电厂化学方面的工作。
[关键词]水处理 反渗透预处理 沙滤 超滤 选择
中图分类号：TK282 文献标识码：TK 文章编号：1009―914X（2013）34―0551―02
1.问题背景
达拉特发电厂主要以黄河水作为生产用水，然而三期水处理使用循环水塔排污水和黄河水，如何将其处理好，就是摆在我们面前的一个问题。针对黄河水和循环水含盐量、有机物较高的特点，通常将反渗透作为化学水处理系统的预处理，反渗透系统运行的好坏，直接关系到整个水处理系统的稳定运行，而反渗透的进水是其安全运行的关键。目前，我厂用于反渗透来水预处理的工艺有很多，如 一、二期工程是虹吸滤池+高效过滤器+多介质过滤+活性炭过滤器；三期工程是微滤+活性炭过滤器，四期工程是无阀滤池+叠滤+超滤；由于三期微滤不适宜来水设计，而超滤在四期有制水量稳定的优势，因此我们讨论超滤在我厂三期改造后的应用。
我厂三期#5、6机组当初设计锅炉补给水水源为循环冷却水的排污水，备用水源为黄河水。循环冷却水的含盐量、有机物高，尤其到了夏季，微生物繁殖快，含有一定量的钡、锶；且含有一定量的铁和溶解性二氧化硅。如果预处理效果不佳，对反渗透容易产生污染。而三期预处理设备为微滤。2005年七月份调试结束正式投入运行，经过一年多的运行，发现该设备根本无法正常处理循环水，它存在以下几个问题，1，加药量大，加药管易堵；2，膜管在气洗时易断，从而导致出水浊度超标，影响下一步活性炭过滤器的运行；3，膜管一旦污染，不易清洗。4，设备易坏，检修率高。后来将循环水改为黄河水，加药量虽然有所下降，但出水水质仍不合格，到2006年底只有将水源改为地下水勉强运行，决定对三期微滤进行改造。
黄河水经过初步的预处理后，采用超滤作为反渗透的预处理，在许多被污染的地表水处理及污水回用中试和工程应用上已经证明是十分可靠的预处理工艺。采用超滤膜分离系统作为反渗透的预处理，可较大范围地适应进水水质变化，产水水质较好且稳定。超滤的采用可以更有效地保护反渗透装置，使反渗透膜免受污染，同时可提高反渗透膜的设计水通量。超滤膜分离技术具有占地小、出水水质好、自动化程度高等特点。为了更好的发挥超滤的作用，三期改造是在超滤前设计安装沙滤和叠片式过滤器。
三期改造前系统流程：黄河水或循环水→微滤 →活性炭过滤器→5u过滤器→反渗透
三期改造后系统流程：黄河水→沙滤→叠滤→超滤→活性炭过滤器→5u过滤器→反渗透
2.沙滤与叠滤的使用特点
2.1沙滤
沙滤球形外壳和独特的内部设计可以确保过滤时水流平稳，过滤效果好，反冲洗时形成无数内环流，反冲效率高。具有全自动过滤，全自动反冲洗，用沙少，费水少等优点。
沙滤工作原理
（1）过滤状态 当系统处于过滤状态时，未经过滤的水通过三层布水器，配合球形外壳，以接近平流的状态到达过滤器内的填料层。当水流过填料层时，杂质被截留在填料层内。过滤器底部有55个蘑菇状的过滤集水器，将过滤后的水均匀地收集并流出。平流过滤，决定过滤器可以在高的流速下过滤，仍可达到较好的过滤效果。
（2）反洗状态 随着杂质在填料层中的不断聚积，压头损失将不断增大。当压头损失到达一定的设定限度时，系统将自动转换至反洗状态，以清洗聚积起来的杂质。
对系统来说，经常性的反洗以清除聚积起来的杂质是必须的。当系统处于反洗状态时，同组的一个或多个过滤器会将干净的、经过过滤的水通过一个三通反洗阀同时倒灌入这个过滤器中。在这个倒灌过程中，被反洗的过滤单元的填料层在水流的冲击下被冲起，杂质则通过一个三通的反洗口被排出。在A.G.F系统中，特殊设计的集水器使填料层在反洗状态时形成内环流，填料之间互相搓洗，最大限度地提高反沖洗效率，减少所需的反洗水，同时反洗时不跑沙。当反洗结束时，阀门又回复到过滤状态，下一个过滤单元则准备进入反洗状态。
2.2叠片式过滤器
叠片过滤器是过滤技术的一次创新，薄薄的特定颜色的塑料叠片两边刻有大量一定微米尺寸的沟槽。一串同种模式的叠片叠压在特别设计的内撑上。通过弹簧和液体压力压紧时，叠片之间的沟槽交叉，从而制造出拥有一系列独特过滤通道的深层过滤单元，这个过滤单元装在一个耐压耐腐蚀的滤筒中形成过滤器。在过滤时，过滤叠片通过弹簧和流体压压紧，压差越大，压紧力越强。保证了自锁性高效过滤。液体由外缘通过沟槽流向叠片内缘，经过18-32个过滤点，从而形成独特的深层过滤。过滤结束后通过手工或液压使叠片之间松开进行手工清洗或自动反冲洗。
2.3与传统的过滤器相比，叠片过滤器具有如下的技术特点：
（1）精确过滤；（2）高效反洗；（3）全自动运行，连续出水；（4）标准模块化；（5）节省占地；（6）运行可靠维护简单；（7）使用寿命长；
3.超滤膜的选择
超滤（简称U F）是以压力为推动力，超滤膜通常使用的材料都是高分子聚合物。选择超滤作为反渗透预处理用来避免 RO 系统受到微生物及胶体污染的困扰
3.1超滤膜对溶质的分离过程主要有：
（1）在膜表面及微孔内吸附；（2）在孔内停留被去除；.（3）在膜面的机械截留。
在压力作用下，原料液中的溶剂和小分子从高压侧透过膜到低压侧，大分子及颗粒组分
被截留，形成浓液排出。膜的作用是靠一定大小和形状的孔，形成的筛分作用。超滤有两种可行的操作模式：内压式过滤和外压式过滤。采用内压式时，料液先进入膜丝内腔，从膜丝内壁施压，产水透过膜壁，从膜丝外壁流出。外压式的过程相反。我厂采用的是外压式。 3.2超滤膜的污染主要有：
超滤膜的污染（如下图）主要有三个方面：表面吸附、颗粒的阻塞、表面的附着。一个膜如果能够很好的克服这三个方面的污染，那么这个膜通过简单的反洗就可以达到理想的清洗效果，从而可以更好地应用于大规模的水处理工程。我公司的膜首先从克服表面吸附入手，使用永久强亲水性的膜材料，所以很好的克服了膜的表面吸附的污染；其次因为我们的膜是有全球知名度很高的公司提供的，膜的生产过程中都要经过严格的质量检验，膜的孔径分布很窄，没有大孔缺陷，所以很好的克服了颗粒的阻塞；第三表面的附着，我们在实际产水过程中定期加入次氯酸钠杀菌，用来杜绝膜表面的附着；我们克服了这三方面的污染问题，也就是保证了我们的超滤膜组件在生产实际应用中的可靠性。
3.3亲水膜与非亲水膜的优劣比较：
非亲水性超滤膜，在过滤的传质过程中，胶体、油、蛋白等污染物质成饼状附着在膜的表面，通过简单的水反洗很难清洗干净，非亲水性膜操作压力高并且化学清洗频率高；而亲水性超滤膜在过滤的传质过程中，胶体、油、蛋白等污染物质 在膜表面聚结成球状，这种球状的聚结物，很容易从膜表面脱离，所以通过简单的反洗就可以清洗干净，亲水性超滤膜操作压力低且化学清洗频率低。
下图为亲水性超滤膜（橙色曲线）与非亲水性超滤膜（暗棕色曲线）的反洗和化学清洗的比较，如图所示亲水性的超滤膜化学清洗周期比较长、化学清洗恢复较好、在每一个化学清洗周期内，反洗后的透量恢复接近100%；非亲水性超滤膜的化学清洗周期短、每一个化学清洗周期内反洗后的透量恢复只有80--90%；所以在大规模水处理的工程上，亲水性的超滤膜要比非亲水性的超滤膜有明显的优势，亲水性的超滤膜在实际的工程中能够在使用寿命内，很好的维持住一个稳定的透量---设计透量。
4.总结：经过上述比较，我们采用了亲水性膜，并在相对低的压力下0.1---0.2MPa错流运行，出水浊度≤0.20NTU，SDI≤4，产水量每套80 M3/H，四套超滤的设计流量为4X100M3/H，只要投运两套就能保证正常的用水要求。
通过改造的“循环排污水→沙滤→叠滤→超滤→活性炭过滤器”方式作為反渗透系统的前置预处理，它不仅能去除悬浮物，还能去除大部分胶体和微生物，有效地保护反渗透膜，大大延长反渗透膜的清洗周期。
通过四年的三期水处理制水运行数据统计，我厂三期超滤改造工作圆满的达到了预期效果。为四期超滤膜的使用提供技术参考。
参考文献
[1] 李培元.《火力发电厂水处理及水质控制》北京：中国电力出版社，2008.
[2] 田野，林亚凯，王晓琳.聚偏氟乙烯超/微滤膜的制备技术及其应用现状[J].新材料产业，2009（7）：13—15.
[3] 刘玮，曹杰玉.提高电厂高纯水pH值测量准确度的研究[J].中国电力，2006（1O）：80—83.
[4] 周柏清，陈志和. 《热力发电厂水处理》北京 中国电力出版社 2009
作者简介
杨金龙（1971一），男，内蒙古包头人，达拉特发电厂化学运行 化学工程师从事电厂化学方面的工作。