摘要: 反滲透(RO)技術(shù)已在我國許多電廠獲得廣泛應(yīng)用,而電除鹽(EDI) 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(jī)理不同。介紹了反滲透+電除鹽在電廠水處理中的應(yīng)用,解決了傳統(tǒng)離子交換處理工藝產(chǎn)生酸堿廢液的問題。

關(guān)鍵詞:電廠水處理膜技術(shù)應(yīng)用反滲透電除鹽

0　引言

熱力系統(tǒng)中水的品質(zhì)是影響電廠設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素。沒有經(jīng)過凈化處理的水含有多種雜質(zhì),進(jìn)入水汽循環(huán)系統(tǒng)會使熱力設(shè)備產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕、積鹽等,嚴(yán)重影響熱力設(shè)備的安全運(yùn)行,并降低運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,增加檢修工作量和運(yùn)行費(fèi)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(tǒng)所需的水質(zhì)指標(biāo),又要求高效低耗環(huán)保運(yùn)行。熱力系統(tǒng)的水處理工藝很多,一般先用機(jī)械過濾方法去除水中懸浮物及膠體類雜質(zhì),再軟化去除水中的硬度,如采用陽床、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脂,也都存在用酸堿再生離子交換樹脂使其性能恢復(fù)的過程。這樣,整個生產(chǎn)過程既有酸堿化學(xué)污染廢液的排放,又不能連續(xù)生產(chǎn),運(yùn)行操作復(fù)雜,勞動強(qiáng)度高,日常維護(hù)復(fù)雜,制水成本高,同時設(shè)備占地面積大,產(chǎn)水品質(zhì)依賴于樹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(dāng)今對環(huán)保要求越來越高的形勢不相符合。傳統(tǒng)典型的制水工藝如下:

原水→預(yù)處理→陽陰床一級除鹽→混床除鹽→鍋爐補(bǔ)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)是一大類技術(shù)的總稱,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(EDI)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(bǔ)給水制備工藝中,可采用反滲透替代陽陰床一級除鹽,用ED I替代混床離子交換,流程如下:

原水→預(yù)處理→反滲透(RO) →電除鹽 (EDI) →鍋爐補(bǔ)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(jié)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(jù)離子、細(xì)菌等雜質(zhì)不能透過半透膜而將這些物質(zhì)和水分離開來。反滲透膜是用高分子材料經(jīng)過特殊工藝而制成的半透膜,它只允許水分子透過,不允許溶質(zhì)通過。反滲透裝置的主要部件———膜元件是將半透膜、導(dǎo)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通過半透膜流到導(dǎo)流層內(nèi),再順著導(dǎo)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(jī)物等(去除率高達(dá)97%～98% ) [ 1 ] 。系統(tǒng)具有出水水質(zhì)好、能耗低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優(yōu)點。但反滲透產(chǎn)水還不能滿足中高壓鍋爐的用水要求,還需進(jìn)一步除鹽。

1. 2　電除鹽(EDI)技術(shù)

電除鹽EDI(Electrodeionization)技術(shù)則是依靠電場作用,去除水中的無機(jī)離子,是近年來出現(xiàn)的一項新的純水制備技術(shù)。它把傳統(tǒng)的電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來,既克服了電滲析不能深度脫鹽的缺點,又彌補(bǔ)了離子交換不能連續(xù)工作、需消耗酸堿再生的不足。其出水水質(zhì)能滿足鍋爐用水對電阻率、硬度和硅的要求。

EDI膜堆是由夾在兩個電極之間一定對數(shù)的單元組成。在每個單元內(nèi)有兩類不同的室: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、陰離子交換樹脂填滿,這些樹脂位于兩個膜之間:只允許陽離子透過的陽離子交換膜及只允許陰離子透過的陰離子交換膜。樹脂床利用加在室兩端的直流電進(jìn)行連續(xù)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(yīng)電極的吸引,穿過陽、陰離子交換樹脂向所對應(yīng)膜的方向遷移,當(dāng)這些離子透過交換膜進(jìn)入濃室后, H+和OH- 結(jié)合成水。這種 H+和OH- 的產(chǎn)生及遷移正是樹脂得以實現(xiàn)連續(xù)再生的機(jī)理。當(dāng)進(jìn)水中的Na+及Cl- 等雜質(zhì)離子吸咐到相應(yīng)的離子交換樹脂上時,這些雜質(zhì)離子就會發(fā)生象普通混床內(nèi)一樣的離子交換反應(yīng),并相應(yīng)地置換出H+及OH- 。一旦在離子交換樹脂內(nèi)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(xù)地穿過樹脂直至透過交換膜而進(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?qū)?yīng)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(yīng)用

緬甸某電廠項目裝機(jī)容量為2 ×240 t/h,高溫高壓煤粉鍋爐+ 2 ×60MW抽凝機(jī)組,鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)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(guī)范: 電導(dǎo)率< 0. 2μS/ cm, SiO2 < 20μg/L,硬度≈ 0。

該系統(tǒng)采用預(yù)處理+反滲透+電除鹽的工藝技術(shù),控制系統(tǒng)設(shè)計為自動控制,包括預(yù)處理、 RO、EDI系統(tǒng)和相關(guān)機(jī)泵全部采用PLC程序控制,由CRT站集中監(jiān)控。

系統(tǒng)的原水是當(dāng)?shù)叵?span lang="EN-US">,水質(zhì)如表1。

表1　原水水質(zhì)mg/L

工藝流程采用了“預(yù)處理+單級反滲透+電除鹽”的流程:

原水箱→清水泵→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→鈉離子交換器→保安過濾器→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(yù)處理系統(tǒng)選用多介質(zhì)過濾器是為了濾除原水中的機(jī)械雜質(zhì),保證活性炭過濾器的進(jìn)水濁度< 2mg/L,選用活性炭過濾器是為了去除進(jìn)水中的有機(jī)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(wěn)定運(yùn)行。

預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)符合反滲透系統(tǒng)進(jìn)水要求:

供水淤堵指數(shù)　　　　　　SD I≤ 5

供水余氯　　　　　　　　< 0. 1 mg/L

供水濁度　　　　　　　　< 1NTU

濃水Langelier飽和指數(shù)　　LSI < 0

反滲透裝置是該項目預(yù)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機(jī)鹽、有機(jī)物和微生物。設(shè)計的合理與否直接關(guān)系到項目的投資費(fèi)用、整個系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益、使用壽命、以及操作可靠簡便性。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(fù)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用于卷式RO組件的玻璃鋼壓力膜管,壓力膜管是增強(qiáng)FRP材質(zhì),具有抗腐蝕性、耐壓2. 1MPa、管內(nèi)壁光滑、裝卸方便等特點。反滲透出水滿足ED I進(jìn)水水質(zhì)要求(見表2) 。

表2　出水水質(zhì)mg/L

電除鹽(EDI) 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, 無需酸堿,而能連續(xù)制取高品質(zhì)純水。它具有技術(shù)先進(jìn)、操作簡便及良好的環(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個膜塊。其出水水質(zhì)如下:

硬度: 　　　　　≈ 0

二氧化硅: 　　　< 10μg/L

電導(dǎo)率(25℃) : 　< 0. 1μS/ cm

本項目鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)目前已經(jīng)調(diào)試完畢投入運(yùn)行,出水質(zhì)量能夠達(dá)到上述水質(zhì)要求。需要說明的是,高壓鍋爐給水僅要求電導(dǎo)率< 0. 2μS/ cm, 而EDI 裝置出水質(zhì)量可以達(dá)到電導(dǎo)率< 0. 0625μS/ cm,尚有一定的富余空間。

3　結(jié)語

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

參考文獻(xiàn):

[ 1 ] 馮敏. 工業(yè)水處理技術(shù)[M ]. 北京:海洋出版社, 1992.來源：能源與環(huán)境作者: 卞衛(wèi)華