反滲透在高污染地表水處理中的應(yīng)用可行性研究
國(guó)電天津第一熱電廠臨近海河，如何將反滲透膜分離技術(shù)，在高污染尤其是在四季水質(zhì)變化較大的海河水中進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)行了前期調(diào)研工作，針對(duì)河水水質(zhì)情況，總結(jié)出適應(yīng)廠實(shí)際運(yùn)行的反滲透應(yīng)用方案。
1 探討膜分離技術(shù)在高污染地表水處理中的應(yīng)用原因。
我廠是熱電廠，在供熱季節(jié)上水量達(dá)到 600 噸/小時(shí)。我廠自 1986 年改建為熱電廠，按原設(shè)計(jì)水處理的水源主要是海河水，而自來(lái)水只是作為備用水源。原設(shè)計(jì)規(guī)定：當(dāng)海河水含鹽量小于等于 480 毫克/小時(shí)，采用海河水，當(dāng)含鹽量超出設(shè)計(jì)值時(shí)使用自來(lái)水。當(dāng)引用河水時(shí)，對(duì)河水首先要進(jìn)行預(yù)處理，過(guò)程是河水進(jìn)入澄清池，經(jīng)過(guò)絮凝、沉淀、澄清后，進(jìn)入無(wú)閥濾池，過(guò)濾后的進(jìn)入清水箱。全系統(tǒng)共有 3 臺(tái)機(jī)械加速澄清池，每臺(tái)出力均為 430 噸/小時(shí)， 3 臺(tái)空氣擦洗濾池，每臺(tái)出力為 400 噸/小時(shí)。3 個(gè)清水箱，每個(gè)清水箱的體積 400噸。由于河水水質(zhì)的惡化等多種原因，我廠河水預(yù)處理設(shè)施在基建移交時(shí)就沒(méi)能投運(yùn)，一直以自來(lái)水為制水水源。
由于中國(guó)北方地區(qū)尤其是京津地區(qū)缺水嚴(yán)重，天津市自來(lái)水越來(lái)越緊張，對(duì)我廠用水的限量越來(lái)越大；自來(lái)水水價(jià)不斷上漲，到 2004 年1 月水價(jià)已漲到 4.6 元/噸，而河水價(jià)格只有 1.04元/噸。另一方面，按安全性評(píng)價(jià)的要求，電廠應(yīng)具備雙水源。因此用海河水為制水水源已成當(dāng)務(wù)之急。使用高污染尤其是在四季變化較大的海河水，就必須進(jìn)行合理預(yù)除鹽處理。
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)大中型機(jī)組的安裝投運(yùn)，機(jī)組運(yùn)行要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，水處理技術(shù)也得到快速發(fā)展，特別是近十年來(lái)，膜處理反滲透技術(shù)日臻成熟，預(yù)脫鹽反滲透系統(tǒng)的出水，再經(jīng)過(guò)除鹽設(shè)備，極大的延長(zhǎng)離子交換器的制水周期，減少了交換器再生的酸堿費(fèi)用，減少了自耗水量；反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)能除去離子交換器不能去除的有機(jī)物，使蒸汽品質(zhì)也得到提高，反滲透預(yù)脫鹽設(shè)備在電廠爐外水處理的應(yīng)用越來(lái)越受歡迎。
2 反滲透用于預(yù)脫鹽處理的原理
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自然滲透原理：當(dāng)把溶劑和溶液（或兩種不同濃度的溶液）分別置于滲透膜的兩側(cè)，溶劑將自發(fā)地穿過(guò)滲透膜向溶液（或從低濃度溶液向高濃度溶液）側(cè)流動(dòng)，這種自然現(xiàn)象稱為自然滲透。
與自然滲透原理相反，在濃水側(cè)加一高于滲透壓的的壓力，則濃水側(cè)的溶劑就被壓向淡水液側(cè)，達(dá)到溶質(zhì)和溶劑分離將水淡化的目的。
3 合理的反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)方案選擇
如何確定我廠預(yù)處理方案，需根據(jù)與現(xiàn)有設(shè)備相匹配及經(jīng)濟(jì)性、可靠性幾個(gè)方面考慮。
海河水四季變化很大，為了掌握反滲透性能和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用情況，我們首先到與我廠的運(yùn)行方式相近的電廠進(jìn)行了實(shí)際調(diào)研，調(diào)研情況如下：
軍糧城發(fā)電廠采用方式是原水（灤河水）經(jīng)過(guò)澄清池-石英砂過(guò)濾器-活性炭過(guò)濾器-保安過(guò)濾器-反滲透。
楊柳青發(fā)電廠采用方式是原水（子牙河、深井水）經(jīng)過(guò)澄清池-石英砂過(guò)濾器-活性炭過(guò)濾器-保安過(guò)濾器-反滲透。
陳塘莊熱電廠擴(kuò)建二期預(yù)選方案為（循環(huán)水）經(jīng)過(guò)澄清池-石英砂過(guò)濾器-超濾-保安過(guò)濾器-反滲透。
北京石景山采用方式是原水（庫(kù)區(qū)水）經(jīng)過(guò)澄清池-強(qiáng)力過(guò)濾器-石英砂過(guò)濾器-活性炭過(guò)濾器-保安過(guò)濾器-反滲透。
北京高井電廠新水處理，原水分兩路：一路進(jìn)碟式過(guò)濾器-微濾-保安過(guò)濾器-反滲透；一路進(jìn)碟式過(guò)濾器-超濾-保安過(guò)濾器-反滲透。
北京高井電廠的這兩套系統(tǒng)是北京電科院的試驗(yàn)的兩套系統(tǒng)，屬于先進(jìn)的膜分離技術(shù)處理工藝。
從高井電廠運(yùn)行上看，微濾工藝不過(guò)關(guān)，它本身要進(jìn)行混凝澄清，由于加三種藥，不好控制導(dǎo)致效果不好。超濾效果較好，但自耗水 9%，且造價(jià)高（相當(dāng)于反滲透的 1.5 倍） 。優(yōu)點(diǎn)是占地面積小。
從調(diào)研情況看采用反滲透系統(tǒng)基本分兩種
一種是傳統(tǒng)的預(yù)處理，澄清→過(guò)濾→反滲透系統(tǒng)→除鹽系統(tǒng)。
一種是現(xiàn)代發(fā)展較快全膜處理，超濾→加反滲系統(tǒng)→除鹽系統(tǒng)。
在兩種系統(tǒng)中主要的區(qū)別在于反滲透前的水處理方式。因?yàn)榉礉B透裝置它在使用過(guò)程中，可能發(fā)生膜污染，濃差極化、結(jié)垢、微生物侵蝕、水解氧化以及高溫變化等問(wèn)題，因此對(duì)原水要求較高。
海河水水質(zhì)四季變化大的情況，適于結(jié)合兩種預(yù)處理工藝。
a、 河水水質(zhì)惡化，將傳統(tǒng)預(yù)處理與先進(jìn)的與先進(jìn)的膜處理工藝結(jié)合在一起，懸浮物＞100 毫克/升； 耗氧量＞5.0 毫克/升 情況下，使用澄清→過(guò)濾→超濾系統(tǒng)→反滲透。
b、 河水水質(zhì)較好，懸浮物＜100 毫克/升； 耗氧量＜5.0 毫克/升情況下使用超濾系統(tǒng)反滲透。因此應(yīng)選擇全膜處理。
水量的選擇：我廠全年供水水量相差較大，冬季 5 個(gè)月600 噸/小時(shí)，其它 7 個(gè)月供水 200 噸/小時(shí)，考慮到閑置的反滲透系統(tǒng)需要進(jìn)行保養(yǎng)且投資較大等情況，應(yīng)選擇 200 噸/小時(shí)的反滲透系統(tǒng)。
自耗水的利用：反滲透系統(tǒng)的自耗水量較大,濃水排放為 25%，再加上超濾、澄清器、濾池反洗等用水，總自耗水率 40%左右，將這部分水作為超濾、濾池反洗后，所有的廢水進(jìn)入中和池作為沖灰水使用。
4 反滲透系統(tǒng)與現(xiàn)有離子交換除鹽系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)比較。
采用現(xiàn)有的離子交換系統(tǒng)：（按 200 噸/小時(shí)制水量計(jì)算）
水費(fèi)：按 10%自用水率考慮，系統(tǒng)按 8000 小時(shí)/年運(yùn)行時(shí)間計(jì)算，自來(lái)水價(jià)格按 4.6 元/噸計(jì)算。
200 噸/小時(shí)/0.9×8000 小時(shí)×4.6 元/噸=818 萬(wàn)元
酸堿費(fèi)：現(xiàn)有系統(tǒng)按冬季 4 個(gè)月，產(chǎn)水量按 600 噸/小時(shí)/計(jì)，夏季 8 個(gè)月按算產(chǎn)水量按 200 噸/小時(shí)/計(jì)，年12 個(gè)月運(yùn)行酸堿費(fèi) 180萬(wàn)元。
總計(jì)：998 萬(wàn)元。
采用改造后超濾+反滲透系統(tǒng)：
水費(fèi)：按 10%自用水率考慮，系統(tǒng)按 8000 小時(shí)/年運(yùn)行時(shí)間計(jì)算，河水價(jià)格按 1.06 元/噸計(jì)算。
344 噸/小時(shí) 8000 小時(shí) 1.06 元/噸=292 萬(wàn)元
阻垢劑藥品費(fèi)：按噸水 0.3 元計(jì)算 200 噸/小時(shí) 8000小時(shí) 0.3 元/噸=53.78 萬(wàn)元
殺菌劑、還原劑藥品費(fèi)：按噸水 0.1元計(jì)算 200 噸/小時(shí) 8000小時(shí) 0.1 元/噸=16 萬(wàn)元
電費(fèi)：按噸水 0.8 度電，廠用電價(jià)格 0.2 元/度計(jì)算 200 噸/小時(shí) 8000小時(shí) 0.2 元/噸=32 萬(wàn)元
酸堿用量：按 1/7 原用酸堿量算 54 萬(wàn)元。
總計(jì) 447.78 萬(wàn)元
采用反滲透系統(tǒng)裝置后，每年節(jié)約水費(fèi)和酸堿費(fèi) 550.22 萬(wàn)元，理論上 24 個(gè)月時(shí)間可收回成本。
5 研究結(jié)論
通過(guò)以上分析和對(duì)比，比較清楚的看到增設(shè) 200 噸/小時(shí)的反滲透系統(tǒng)，使除鹽水的成本降低近 3 倍，蒸汽品質(zhì)獲得改善，雙水源保證了電廠的安全運(yùn)行，上反滲透系統(tǒng)不但可行，而且經(jīng)濟(jì)效果顯著。
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