膜技術在電廠水處理中的應用
摘 要: 反滲透(RO)技術已在我國許多電廠獲得廣泛應用,而電除鹽( ED I) 技術是一種新的膜分離技術,它們同是膜技術,但工作機理不同。介紹了反滲透+電除鹽在電廠水處理中的應用,解決了傳統離子交換處理工藝產生酸堿廢液的問題。
關鍵詞:電廠水處理;膜技術應用;反滲透;電除鹽
0 引 言
熱力系統中水的品質是影響電廠設備安全經濟運行的重要因素。沒有經過凈化處理的水含有多種雜質,進入水汽循環系統會使熱力設備產生結垢、腐蝕、積鹽等,嚴重影響熱力設備的安全運行,并降低運行經濟性,增加檢修工作量和運行費用。所以,選擇合適的化學水處理工藝顯得尤為關鍵,既要求能保證熱力系統所需的水質指標,又要求高效低耗環保運行。熱力系統的水處理工藝很多,一般先用機械過濾方法去除水中懸浮物及膠體類雜質,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的過程。這樣,整個生產過程既有酸堿化學污染廢液的排放,又不能連續生產,運行操作復雜,勞動強度高,日常維護復雜,制水成本高,同時設備占地面積大,產水品質依賴于樹脂再生操作人員的技術熟練程度,最重要的是酸堿廢液的排放,與當今對環保要求越來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→陽陰床一級除鹽→混床除鹽 →鍋爐補給水。
1 膜分離技術
近些年,膜分離技術的發展給純水制備提供了新的解決方案。膜分離技術是一大類技術的總稱,和水處理有關的主要包括微濾、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。鍋爐補給水制備工藝中,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→預處理→反滲透( RO ) →電除鹽 ( ED I) →鍋爐補給水。
1. 1 反滲透技術
反滲透( reverse osmosis)技術是一種先進的節能的膜分離技術。其原理是在高于溶液滲透壓的作用下,依據離子、細菌等雜質不能透過半透膜而將這些物質和水分離開來。反滲透膜是用高分子材料經過特殊工藝而制成的半透膜,它只允許水分子透過,不允許溶質通過。反滲透裝置的主要部件———膜元件是將半透膜、導流層、隔網膜按一定順序粘合,并卷制于排孔的中心管上。經過加壓的原水從元件的一端進入隔網層,一部分水及少量的鹽類通過半透膜流到導流層內,再順著導流網的通道經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、菌類等物質經隔網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 ] 。系統具有出水水質好、能耗低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優點。但反滲透產水還不能滿足中高壓鍋爐的用水要求,還需進一步除鹽。
1. 2 電除鹽( ED I)技術
電除鹽ED I ( Electrodeionization)技術則是依靠電場作用,去除水中的無機離子,是近年來出現的一項新的純水制備技術。它把傳統的電滲析技術和離子交換技術有機地結合起來,既克服了電滲析不能深度脫鹽的缺點,又彌補了離子交換不能連續工作、需消耗酸堿再生的不足。其出水水質能滿足鍋爐用水對電阻率、硬度和硅的要求。
ED I膜堆是由夾在兩個電極之間一定對數的單元組成。在每個單元內有兩類不同的室:待除鹽的淡水室和收集所除去雜質離子的濃水室。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行連續的再生, 電壓使進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,穿過陽、陰離子交換樹脂向所對應膜的方向遷移,當這些離子透過交換膜進入濃室后, H+和OH- 結合成水。這種 H+和OH- 的產生及遷移正是樹脂得以實現連續再生的機理。當進水中的Na+及Cl- 等雜質離子吸咐到相應的離子交換樹脂上時,這些雜質離子就會發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- 。一旦在離子交換樹脂內的雜質離子也加入到H+及OH- 向交換膜方向的遷移,這些離子將連續地穿過樹脂直至透過交換膜而進入濃水室。這些雜質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一步地遷移,因此雜質離子得以集中到濃水室中,然后可將這種含有雜質離子的濃水排出膜堆。
2 膜技術在工程中的應用
緬甸某電廠項目裝機容量為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。產水水質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,控制系統設計為自動控制,包括預處理、 RO、ED I系統和相關機泵全部采用PLC程序控制,由CRT站集中監控。
系統的原水是當地溪水,水質如表1。
| 表1 原水水質mg/L |
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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
預處理系統選用多介質過濾器是為了濾除原水中的機械雜質,保證活性炭過濾器的進水濁度 < 2mg/L,選用活性炭過濾器是為了去除進水中的有機物,保證反滲透裝置進水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。
預處理系統產水水質符合反滲透系統進水要求:
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,經反滲透處理的水,能去除絕大部分的無機鹽、有機物和微生物。設計的合理與否直接關系到項目的投資費用、整個系統運行的經濟效益、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合,表面層為芳香聚酰胺材質,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FRP材質,具有抗腐蝕性、耐壓2. 1MPa、管內壁光滑、裝卸方便等特點。反滲透出水滿足ED I進水水質要求(見表2) 。
| 表2 出水水質mg/L |
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電除鹽(ED I) 技術是一種新的膜分離技術, 它巧妙地將電滲析技術和離子交換技術相融合, 無需酸堿,而能連續制取高品質純水。它具有技術先進、操作簡便及良好的環保特性。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調試完畢投入運行,出水質量能夠達到上述水質要求。需要說明的是,高壓鍋爐給水僅要求電導率< 0. 2μS/ cm, 而ED I 裝置出水質量可以達到電導率 < 0. 0625μS/ cm,尚有一定的富余空間。
3 結 語
在鍋爐補給水制備工藝中,在類似原水水質條件下,采用反滲透技術替代陽床、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,完全能夠滿足高壓鍋爐用水的要求。
參考文獻:
[ 1 ] 馮 敏. 工業水處理技術[M ]. 北京:海洋出版社, 1992.
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