浅谈火力发电厂全膜系统膜污染的影响因素

王莹 陆放 许超 王琴 蒋彩仙 李萍萍

摘要：阻碍膜技术广泛应用于火力发电厂最主要的原因是膜污染，精确区分膜污染类型，选择有效的膜污染预防和清洗方式，有利于延长膜系统使用寿命和降低运行成本。通过对膜污染的机理进行分类，从膜通量、跨膜压差、水力停留时间、进水水质及间运行等方面进行研究分析，及时了解和掌握膜污染的成因和污染程度，为火力发电厂的技术人员提供技术参考。

关键词：全膜系统;膜污染;膜通量

中图分类号：X703.1 文献标志码：B

引言

近年来，膜处理技术得到了快速发展，由于其占地面积小、操作方便、生产稳定及环境友好等优点，在我国火力发电厂化水处理系统中得到快速应用。但是，膜污染始终是阻碍膜技术广泛应用的最大原因。本文对膜污染的产生机理进行分析，从膜通量、跨膜压差、水力停留时间、进水水质及间歇运行等方面进行研究分析，为火力发电厂化水系统的工作人员提供技术参考，希望推进膜处理技术在火力发电厂的化水系统中的应用。

1 膜污染的分类及产生机理

精准区分膜污染的各种类型，选择针对性的膜清洗方法，对于减缓膜污染有着重要意义。膜污染按清洗程度、污染源性质及膜污染成因来分类，具体如下：

2 膜污染的主要影响因素

2.1 膜通量

膜通量是膜运行的基本参数，临界通量是膜能承受的最大通量，而次临界通量，就是在一定的运行条件下，膜通量低于临界通量，从而使膜设备穩定运行。次临界通量下，膜污染分为缓慢发展和快速发展两个阶段。在压力驱动下，小胶体和大分子溶解性有机物吸附在膜表面，造成膜孔径变小，此时膜污染缓慢发展;当大量的膜孔径堵塞，膜表面形成致密的沉积层，此时膜污染快速发展。俞开昌等[1]通过通量阶式递减法发现，曝气强度增加会提高气水二相流的紊动性，进而增大临界通量，刚运行的膜系统在次临界通量下运行稳定，膜污染速率缓慢增长。膜系统长期处于次临界通量运行，膜污染增长速率小但在缓慢积累，最终导致局部膜通量超出临界通量，从而使跨膜压差迅速增加[2]。

2.2 跨膜压差

临界压力与膜污染速度呈明显正向相关趋势。当操作压力小于临界值时，6 h后膜通量只缩减了10%;操作压力大于临界值，2.5 h后膜通量就缩减了40%。可能的原因是不同操作压力下，形成的滤饼层厚度不同：操作压力高时，初端滤饼层较密实，膜通量比初端缩减幅度明显;而操作压力低时，初端滤饼层较为稀疏，膜通量缩减不明显。初始跨膜压差较低，膜通量下降速率变慢，膜污染速率减缓。

2.3 水力停留时间（HRT）

HRT 的变化直接影响膜表面附着的微生物的富集速度。若 HRT 较小，则微生物营养补给增加，增殖速度加快，混合液悬浮固体浓度和黏度上升，因此膜污染速度增加。同时，HRT太短会导致溶解性微生物产物（SMP）累积，SMP 浓度越高，沉积层的结构就会越紧密，透水阻力越大，从而使膜通量缩减。此外，HRT 的缩减使 SMP 中的松散型蛋白质含量提高，胞外聚合物的流动性增强更容易进入膜孔，降低膜的透水率和诱发膜污染[3]。污泥停留时间（SRT）随着 HRT 的增加而增加，适当的增加 SRT 可减少 SMP 含量，进而抑制膜污染。但 SRT 并不是越大越好，太大会加重微生物的内源呼吸，导致膜污染增加。通过对 HRT 和 SRT 的控制，能将由疏水性（RH）、Zeta电位及SS等膜污染的主要影响因子引发的比阻始终控制在较低水平[4]。

2.4 进水水质

进水水质中的污染物种类、温度、pH、DO 及污染物浓度等都会影响膜污染程度。水中的钙、镁及磷等会与微生物耦合，沉积在膜表面形成较为致密的滤饼层。陈康等[5]研究表明，适量的钙离子能加强生物絮凝作用，也可以增加絮体的大小，降低外部阻力缓解膜污，但过量的钙离子会增加无机颗粒的粒径，导致膜的渗透性变差。由于使用的膜性质、进水水质及运行方式不同，钙离子的最佳浓度也不同。pH 会影响 RH 和 Zeta 电位，还会对膜面改性，进而改变膜和污染物之间的静电作用力，影响膜污染。随着温度的上升，SMP和胶体物质含量逐渐增多，在高温下产生更多不可逆污染。存在一个 pH值临界点，当 pH值大于此临界点时膜污染迅速增加，临界点随温度的升高而降低。

2.5 间歇运行

火力发电厂由于其特殊性对水量的要求存在波动，对于一些需水量小的火力发电厂，为了降低运行成本和维持稳定的供水量，设置除盐水箱来收集膜系统的产水，膜系统经常间歇运行。间歇运行对控制膜污染的发展进程有较为显著的贡献，但停抽时间不能很长，否则会降低其去除效果和产水负荷。间歇运行的间隔时间越短，频繁起停产生的水锤会破坏膜系统的密封性;间隔时间越长，残留在膜组件内的微生物会大量繁殖，进而影响膜系统的性能。

3 结论

随着材料领域的不断发展和各学科间的深度融合，研究出更耐膜污染、过滤效果更好及使用寿命更长的新型膜组件指日可待。但目前在工程应用中，运行人员需要及时观察并记录膜系统的膜通量、跨膜压差、水力停留时间、进水水质及间歇运行，精准区分膜污染的类型，即时跟踪膜污染的程度，选择合适的膜清洗方法，才能延长膜系统的使用效果和使用寿命，降低运行成本。

参考文献：

[1]俞开昌，文湘华，卜庆杰，等.次临界通量下的膜污染机理研究[J].环境污染治理技术与设备，2004，5 （1）：23-27.

[2]陈冠辉，王建永，高彦林.次临界膜通量下膜污染研究[J].环境科学与管理，2007，23（9）：92-94.

[3]聂煜东，李金，张贤明.水处理过程中膜污染问题及其预处理技术研究进展[J].化工进展，2021，40（4）：2278-2289.

[4]曹占平，张宏伟，张景丽.污泥龄对膜生物反应器污泥特性及膜污染的影响[J].中国环境科学，2009，29（4）：386-390.

[5]陈康，王新华，李秀芬，等.钙离子对短期膜污染的影响[J].环境工程学报，2012，6（2）：471-476.

第一作者：王莹，绍兴市清能环保有限公司，硕士研究生，水处理技术员，主要从事水处理方向的研究