（华电潍坊发电有限公司 山东潍坊 261204）
摘要：近几年来随着火电厂工业废水治理的开展，膜分离技术在废水处理中得到广泛应用，而陶瓷膜超滤由于具有化学稳定性好、抗污染能力强和机械强度高等优点，也开始在火电行业的废水处理系统中推广和使用。文中结合实际运行经验，总结了混凝处理在陶瓷膜超滤系统中的实际应用效果。
关键词：混凝处理；瓷膜超滤
引言
陶瓷膜分离技术是近几年国际上非常先进的膜分离技术之一，广泛应用在化工、食品、医药及环保等行业。陶瓷膜是一种新型材料的无机膜，具有化学稳定性好、抗微生物能力强、机械强度高和使用寿命长等优点，因此在火力发电厂的工业废水治理改造中开始推广和应用。但由于火电厂中工业废水的水质较差，成分复杂，且对陶瓷膜超滤的实际应用业绩较少，技术储备不足，导致陶瓷膜超滤在实际使用中的效果不好。华电潍坊发电有限公司自2017年开始在工业废水处理系统中使用陶瓷膜超滤，一直存在膜污堵严重、运行周期短等问题，通过多年来开展的大量研究和试验，发现对超滤的进水进行混凝处理，可有效提高陶瓷膜超滤的运行效果。本文结合华电潍坊发电有限公司陶瓷膜超滤系统的实际应用情况进行探讨。
1 混凝处理防止陶瓷膜污染的机理
膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体或溶质大分子在膜面或膜孔内吸附、沉积或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象[1]。无论有机膜还是无机膜，都普遍存在由于膜孔径大小不同、膜材料的亲水性不同等引起的机械截留、吸附以及浓差极化等污染。而陶瓷膜主要由金属氧化物等材料制成，以氧化铝陶瓷膜为例，在接触水溶液介质后，由于膜表面羟基基团的两性性质，使其表面带电荷，因此陶瓷膜还存在电荷吸附的污染情况。有关研究表明，溶液中的二价以上阳离子（Fe2+、Ca2+、Al3+）以及阴离子（S2-、SO42-、PO43-）等易在陶瓷膜表面发生电荷吸附污染[2]。
对于陶瓷膜来说，一般的悬浮物、微生物及有机物污染的控制及恢复技术已经相对成熟，因此关键是如何控制陶瓷膜表面的电荷吸附污染。我们通过大量的研究和试验，发现通过在陶瓷膜进水中加入适量的混凝剂，能显著改善陶瓷膜表面的电荷吸附污染。其作用机理目前尚不十分明确，相关研究表明，混凝剂能显著降低水中粘土类杂质的胶体电荷，其与原水中的污染物发生反应，通过电中和、吸附、架桥等过程，在膜表面可形成更为疏松的、透水性更佳的滤饼，既可有效防止胶体电荷等在膜表面产生吸附，又能通过反洗有效清洗掉积累的污染物。
2 混凝剂的选择
2.1根据陶瓷膜的材质选择
混凝剂的加入主要为了在陶瓷膜表面形成一层新的吸附层，防止膜表面产生电荷吸附污染，所以混凝剂的选择应首先根据不同的膜材料进行选择。以Al2O3材质的陶瓷膜为例，应选用PAC作为混凝剂，因PAC的主要成分与陶瓷膜材质相同，其形成的絮凝物不但不会与膜表面产生电荷吸附，还会将能够与膜表面吸附的污染杂质全部截留，有效防止了膜的污染。
2.2根据陶瓷膜系统的设计情况选择
仍以Al2O3材质的陶瓷膜和PAC作为混凝剂为例，市售的PAC有多种形式，有液体PAC、固体PAC以及不同的有效含量等。试验表明，固体PAC的水解和絮凝速度明显快于液体PAC，一般固体PAC加入水中后只需十几秒即可形成絮凝物，但固体PAC需一分钟以上；无论哪种形态的PAC，盐基度越高的产品，其水解速度越快。对于一般的混凝澄清处理所投加的液体 PAC，往往因混凝剂金属离子与胶体电中和效果的影响，即使水解效果远远弱于固体PAC，依旧能取得令人满意的混凝沉淀效果。但陶瓷膜超滤的进水加药与常规的混凝澄清不同，其反应时间更短，搅拌强度更高，因此快速且大量的PAC 水解产物才是影响加药效果最为重要的指标，所以应根据陶瓷膜超滤系统的不同设计情况来选用混凝剂。
3 混凝处理稳定性对陶瓷膜的影响
由于陶瓷膜主要依靠膜表面的疏松絮凝物滤饼截留胶体电荷，因此这层絮凝物滤滤饼的稳定性对陶瓷膜的运行效果影响很大。试验表明，当因加药系统故障或其他原因导致的絮凝剂没有稳定加入时，陶瓷膜超滤的压差升高较快，会产生明显的污堵现象，见图1、图2：
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图1加药稳定时的超滤压差变化 图2加药不稳定时的超滤压差变化
4 混凝剂加药量对陶瓷膜的影响
混凝剂的加入量取决于是否能形成完整的絮凝矾花，不同的系统设计会稍有差距，但相关研究表明，混凝能有效地提高膜过滤通量，混凝剂投加量越多，通量提高也越明显[3]。通过大量的实际运行试验，发现混凝剂的加入量（以聚氯化铝为例）在1.0-5.0mg/L（以AL计）均能维持陶瓷膜超滤的稳定运行。当系统设计合理，加入的混凝剂能够混合均匀且有充足的反应时间时，可维持较低的加药量运行；当系统设计不完善，混凝反应时间较短或反应不充分时，应适当提高加药剂量，以维持陶瓷膜超滤的正常运行；若后续系统对水质要求较高或有反渗透等膜设备时，应通过现场调试确定合理的加药量，以确保出水水质符合要求或防止形成后絮凝等现象，影响后续系统的正常运行。
5 结语
陶瓷膜超滤技术在火电厂的废水处理中已开始推广和应用，在实际运行中，通过混凝处理与陶瓷膜超滤相结合，能有效防止陶瓷膜超滤的电荷吸附污染，提高膜通量和运行周期。对于不同材质的陶瓷膜超滤来说，应结合试验和实际情况选择合适的混凝剂、加药剂量和其他运行控制条件，在确保陶瓷膜超滤稳定运行的基础上，尽量降低混凝剂产生后絮凝的不利影响，以达到整个系统安全、稳定、经济运行的目的。
参考文献：
[1] 叶婴齐.工业用水处理技术.上海科技普及出版社，2004：79-91
[2] 赵宜江.无机电解质对陶瓷膜表面电性质的影响[J].绿色科技，2003，2（3）：214-216
[3] 董秉直.混凝对膜污染的防止作用[J].环境科学，2005，26（1）：92-93
作者简介：
李夕德（1972），男，工程师，华电潍坊发电有限公司从事化学管理工作。