膜技術(shù)在電廠(chǎng)水處理中的應用

摘　要: 反滲透(RO)技術(shù)已在我國許多電廠(chǎng)獲得廣泛應用,而電除鹽( ED I) 技術(shù)是一種新的膜分離技術(shù),它們同是膜技術(shù),但工作機理不同。介紹了反滲透+電除鹽在電廠(chǎng)水處理中的應用,解決了傳統離子交換處理工藝產(chǎn)生酸堿廢液的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:電廠(chǎng)水處理;膜技術(shù)應用;反滲透;電除鹽

0　引　言

熱力系統中水的品質(zhì)是影響電廠(chǎng)設備安全經(jīng)濟運行的重要因素。沒(méi)有經(jīng)過(guò)凈化處理的水含有多種雜質(zhì),進(jìn)入水汽循環(huán)系統會(huì )使熱力設備產(chǎn)生結垢、腐蝕、積鹽等,嚴重影響熱力設備的安全運行,并降低運行經(jīng)濟性,增加檢修工作量和運行費用。所以,選擇合適的化學(xué)水處理工藝顯得尤為關(guān)鍵,既要求能保證熱力系統所需的水質(zhì)指標,又要求高效低耗環(huán)保運行。熱力系統的水處理工藝很多,一般先用機械過(guò)濾方法去除水中懸浮物及膠體類(lèi)雜質(zhì),再軟化去除水中的硬度,如采用陽(yáng)床、陰床、混床、電滲析、反滲透等技術(shù)去除水中的離子,在這些工藝中都采用了離子交換樹(shù)脂,也都存在用酸堿再生離子交換樹(shù)脂使其性能恢復的過(guò)程。這樣,整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程既有酸堿化學(xué)污染廢液的排放,又不能連續生產(chǎn),運行操作復雜,勞動(dòng)強度高,日常維護復雜,制水成本高,同時(shí)設備占地面積大,產(chǎn)水品質(zhì)依賴(lài)于樹(shù)脂再生操作人員的技術(shù)熟練程度,最重要的是酸堿廢液的排放,與當今對環(huán)保要求越來(lái)越高的形勢不相符合。傳統典型的制水工藝如下:

原水→預處理→陽(yáng)陰床一級除鹽→混床除鹽 →鍋爐補給水。

1　膜分離技術(shù)

近些年,膜分離技術(shù)的發(fā)展給純水制備提供了新的解決方案。膜分離技術(shù)是一大類(lèi)技術(shù)的總稱(chēng),和水處理有關(guān)的主要包括微濾、超濾、鈉濾、反滲透以及電除鹽(ED I)等。這些膜分離產(chǎn)品均是利用特殊制造的多孔材料,選擇性地分離水和水中的雜質(zhì)。鍋爐補給水制備工藝中,可采用反滲透替代陽(yáng)陰床一級除鹽,用ED I替代混床離子交換,流程如下:
原水→預處理→反滲透( RO ) →電除鹽 ( ED I) →鍋爐補給水。

1. 1　反滲透技術(shù)

反滲透( reverse osmosis)技術(shù)是一種先進(jìn)的節能的膜分離技術(shù)。其原理是在高于溶液滲透壓的作用下,依據離子、細菌等雜質(zhì)不能透過(guò)半透膜而將這些物質(zhì)和水分離開(kāi)來(lái)。反滲透膜是用高分子材料經(jīng)過(guò)特殊工藝而制成的半透膜,它只允許水分子透過(guò),不允許溶質(zhì)通過(guò)。反滲透裝置的主要部件———膜元件是將半透膜、導流層、隔網(wǎng)膜按一定順序粘合,并卷制于排孔的中心管上。經(jīng)過(guò)加壓的原水從元件的一端進(jìn)入隔網(wǎng)層,一部分水及少量的鹽類(lèi)通過(guò)半透膜流到導流層內,再順著(zhù)導流網(wǎng)的通道經(jīng)中心管壁的微孔流入中心排出, 形成淡水。剩余水及大部分溶質(zhì)、菌類(lèi)等物質(zhì)經(jīng)隔網(wǎng)層從膜元件的另一端排出而形成濃縮水。

由于反滲透膜的膜孔徑非常小(僅為1nm左右) ,因此能有效地去除水中的溶解鹽、膠體、微生物、有機物等(去除率高達97%～98% ) [ 1 ] 。系統具有出水水質(zhì)好、能耗低、無(wú)污染、工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但反滲透產(chǎn)水還不能滿(mǎn)足中高壓鍋爐的用水要求,還需進(jìn)一步除鹽。

1. 2　電除鹽( ED I)技術(shù)

電除鹽ED I ( Electrodeionization)技術(shù)則是依靠電場(chǎng)作用,去除水中的無(wú)機離子,是近年來(lái)出現的一項新的純水制備技術(shù)。它把傳統的電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)有機地結合起來(lái),既克服了電滲析不能深度脫鹽的缺點(diǎn),又彌補了離子交換不能連續工作、需消耗酸堿再生的不足。其出水水質(zhì)能滿(mǎn)足鍋爐用水對電阻率、硬度和硅的要求。

ED I膜堆是由夾在兩個(gè)電極之間一定對數的單元組成。在每個(gè)單元內有兩類(lèi)不同的室:待除鹽的淡水室和收集所除去雜質(zhì)離子的濃水室。淡水室中用混勻的陽(yáng)、陰離子交換樹(shù)脂填滿(mǎn),這些樹(shù)脂位于兩個(gè)膜之間:只允許陽(yáng)離子透過(guò)的陽(yáng)離子交換膜及只允許陰離子透過(guò)的陰離子交換膜。樹(shù)脂床利用加在室兩端的直流電進(jìn)行連續的再生, 電壓使進(jìn)水中的水分子分解成H+及OH- ,水中的這些離子受相應電極的吸引,穿過(guò)陽(yáng)、陰離子交換樹(shù)脂向所對應膜的方向遷移,當這些離子透過(guò)交換膜進(jìn)入濃室后, H+和OH- 結合成水。這種 H+和OH- 的產(chǎn)生及遷移正是樹(shù)脂得以實(shí)現連續再生的機理。當進(jìn)水中的Na+及Cl- 等雜質(zhì)離子吸咐到相應的離子交換樹(shù)脂上時(shí),這些雜質(zhì)離子就會(huì )發(fā)生象普通混床內一樣的離子交換反應,并相應地置換出H+及OH- 。一旦在離子交換樹(shù)脂內的雜質(zhì)離子也加入到H+及OH- 向交換膜方向的遷移,這些離子將連續地穿過(guò)樹(shù)脂直至透過(guò)交換膜而進(jìn)入濃水室。這些雜質(zhì)離子由于相鄰隔室交換膜的阻擋作用而不能向對應電極的方向進(jìn)一步地遷移,因此雜質(zhì)離子得以集中到濃水室中,然后可將這種含有雜質(zhì)離子的濃水排出膜堆。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

2　膜技術(shù)在工程中的應用

緬甸某電廠(chǎng)項目裝機容量為2 ×240 t/h,高溫高壓煤粉鍋爐+ 2 ×60MW抽凝機組,鍋爐補給水系統設計規模為供水量2 ×23m3 /h。產(chǎn)水水質(zhì)要求符合高壓鍋爐給水規范: 電導率< 0. 2μS/ cm, SiO2 < 20μg/L,硬度≈ 0。

該系統采用預處理+反滲透+電除鹽的工藝技術(shù),控制系統設計為自動(dòng)控制,包括預處理、 RO、ED I系統和相關(guān)機泵全部采用PLC程序控制,由CRT站集中監控。

系統的原水是當地溪水,水質(zhì)如表1。

表1　原水水質(zhì)mg/L

　工藝流程采用了“預處理+單級反滲透+電除鹽”的流程:

原水箱→清水泵→多介質(zhì)過(guò)濾器→活性炭過(guò)濾器→鈉離子交換器→保安過(guò)濾器→一級反滲透裝置→中間水箱→中間水泵→電除鹽裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→凝汽器

預處理系統選用多介質(zhì)過(guò)濾器是為了濾除原水中的機械雜質(zhì),保證活性炭過(guò)濾器的進(jìn)水濁度 < 2mg/L,選用活性炭過(guò)濾器是為了去除進(jìn)水中的有機物,保證反滲透裝置進(jìn)水COD < 2mg/L,選用鈉離子交換器是為了控制反滲透及電除鹽裝置的進(jìn)水硬度,保證反滲透及電除鹽裝置安全穩定運行。

預處理系統產(chǎn)水水質(zhì)符合反滲透系統進(jìn)水要求:

供水淤堵指數　　　　　　SD I≤ 5;

供水余氯　　　　　　　　< 0. 1 mg/L;

供水濁度　　　　　　　　< 1NTU;

濃水Langelier飽和指數　　LSI < 0;

反滲透裝置是該項目預脫鹽的心臟部分,經(jīng)反滲透處理的水,能去除絕大部分的無(wú)機鹽、有機物和微生物。設計的合理與否直接關(guān)系到項目的投資費用、整個(gè)系統運行的經(jīng)濟效益、使用壽命、以及操作可靠簡(jiǎn)便性。反滲透裝置膜組件選用美國DOW氏公司F ILMTEC卷式組件(BW30 - 365 型) 。該組件由三層的薄膜復合,表面層為芳香聚酰胺材質(zhì),厚度約為0. 2μm,并由一層微孔聚砜層支撐。壓力膜管選用美國專(zhuān)用于卷式RO組件的玻璃鋼壓力膜管,壓力膜管是增強FRP材質(zhì),具有抗腐蝕性、耐壓2. 1MPa、管內壁光滑、裝卸方便等特點(diǎn)。反滲透出水滿(mǎn)足ED I進(jìn)水水質(zhì)要求(見(jiàn)表2) 。

表2　出水水質(zhì)mg/L

電除鹽(ED I) 技術(shù)是一種新的膜分離技術(shù), 它巧妙地將電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)相融合, 無(wú)需酸堿,而能連續制取高品質(zhì)純水。它具有技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便及良好的環(huán)保特性。本項目選用GE公司的E - CELL模塊,每個(gè)模塊額定制水量2. 88 m3 /h,最大制水量3. 4 m3 /h, 膜堆型號 MK - 2,每套ED I裝置用8個(gè)膜塊。其出水水質(zhì)如下:

硬度: 　　　　　≈ 0

二氧化硅: 　　　< 10μg/L

電導率(25℃) : 　< 0. 1μS/ cm

本項目鍋爐補給水系統目前已經(jīng)調試完畢投入運行,出水質(zhì)量能夠達到上述水質(zhì)要求。需要說(shuō)明的是,高壓鍋爐給水僅要求電導率< 0. 2μS/ cm, 而ED I 裝置出水質(zhì)量可以達到電導率 < 0. 0625μS/ cm,尚有一定的富余空間。

3　結　語(yǔ)

在鍋爐補給水制備工藝中,在類(lèi)似原水水質(zhì)條件下,采用反滲透技術(shù)替代陽(yáng)床、陰床一級除鹽、采用電除鹽ED I替代混床離子交換的膜法工藝,完全能夠滿(mǎn)足高壓鍋爐用水的要求。

參考文獻:

[ 1 ] 　馮　敏. 工業(yè)水處理技術(shù)[M ]. 北京:海洋出版社, 1992.來(lái)源：能源與環(huán)境 作者: 卞衛華