全膜法水處理技術在電廠鍋爐補給水處理中的應用

姜東升，戚更生

(江蘇射陽港發(fā)電有限責任公司，江蘇鹽城2 2 4 3 4 5)

全膜法水處理是指整個鍋爐補給水處理系統(tǒng)均采用膜處理工藝，即超濾（U F）+反滲透（R O）+電除鹽（E D I）工藝，以取代傳統(tǒng)的多介質過濾和離子交換工藝。以高分子分離膜為代表的膜分離技術是一種新型的流體分離單元操作技術，一般可分為微濾（MF）、超濾（U F）、納濾（N F）、反滲透（R O）4類，其分離精度按照以上順序越來越高[1]，E D I因其應用了電滲析技術實現(xiàn)離子交換樹脂的連續(xù)再生，通常也被納入膜法分離技術之列。近年來，全膜法技術由于其高產(chǎn)水水質，以及價格不斷下降，逐漸為電力系統(tǒng)所接受。

1全膜法技術特點

1.1典型流程

全膜法典型流程如圖1所示，正常情況下，可根據(jù)原水水質情況確定是否上混凝澄清設備以及視原水含鹽量的情況確定是否設置二級R O系統(tǒng)。

圖1全膜法典型流程圖

根據(jù)原水水質情況，某電廠水處理流程設計為：射陽河水→2×1 6 0 t/h混凝反應沉淀池→2×1 6 0 t/h空氣擦洗濾池→8 0 0 m3化學原水池→原水泵（變頻）→原水加熱器→自清洗過濾器→2×8 5 t/h U F→2×1 0 0 m3U F水箱→一級R O升壓泵→一級R O保安過濾器→2×6 4 t/h一級R O→1 0 m3一級R O產(chǎn)水箱→二級R O升壓泵→2×5 6 t/h二級R O→1 0 m3預除鹽水箱→E D I給水泵→2×5 0 t/h E D I→2×3 0 0 0 m3除鹽水箱→除鹽水泵→除鹽水補水母管。

1.2 UF技術

U F是一種以機械篩分原理為基礎，以膜兩側壓差為驅動力的膜分離技術。它是一種流體切向流動和壓力驅動的過濾過程，并按分子量大小來分離顆粒，通常超U F的孔徑為2 5～3 0 n m[2]。U F能夠有效去除水中的懸浮物、膠體、有機大分子、細菌、微生物等雜質。由于U F具有優(yōu)良的過濾性能 （如表1所示），因而被廣泛應用于各種水處理系統(tǒng)中。

表1 UF與常規(guī)凝聚-澄清-過濾的比較

某電廠水處理系統(tǒng)選用的U F膜為N O R I T的立式中空纖維膜元件，膜孔徑為2 5 n m。膜材質選用機械強度好、抗污染能力強、透水性強的聚醚砜材料。其過濾方式為內壓式過濾，具有布水均勻、無清洗死角等優(yōu)點。過濾過程為死端過濾，極大提高了水的回收率，降低了能耗。系統(tǒng)設置2套U F裝置，正常出力為2×6 4 m3/h，自動運行時一用一備。當被選擇的產(chǎn)水箱液位高報警時，U F裝置停止制水。

1.3 RO技術

R O技術應用于水除鹽系統(tǒng)中基本解決了再生后廢酸堿污染環(huán)境的問題。R O膜是一種具有選擇性透過性能的半透膜，某些分子透過膜的速率較大，而其他分子透過膜的速率則相對很小，從而達到淡化、凈化或濃縮分離的目的[3]。R O技術對于水質含鹽量的適應性特別強，因此，在缺水、高含鹽量及靠近海邊的地方，更顯示了其技術優(yōu)勢。目前國內大部分電廠僅把R O當作預脫鹽，后面仍然采用離子交換技術，即R O+二級除鹽系統(tǒng)或R O+混床除鹽系統(tǒng)。此時廢酸堿的排放量與原來離子交換系統(tǒng)相比減少了9 0%。

某電廠R O系統(tǒng)包括一級、二級R O，合建在一個機架上。一級R O有2套共使用陶氏的B W3 0-4 0 0/3 4 i F R型膜元件1 8 0支，二級R O有2套共使用陶氏的X L E-4 4 0型膜元件8 4支。R O系統(tǒng)正常出力為2×5 5 m3/h，一用一備，投運狀態(tài)的R O裝置當出水電導率超標或者人為請求進入反洗時退出運行，進入反洗狀態(tài)，當運行過程中產(chǎn)水箱水位高報警時，R O裝置停止運行。

1.4 EDI技術

E D I技術徹底解決了酸堿再生的問題，更符合現(xiàn)代環(huán)保要求。E D I是一種將電滲析與離子交換相結合的新型水處理方法，利用選擇性膜和離子交換樹脂組成填充床，通過電滲析中的極化現(xiàn)象對離子交換樹脂進行電化學持續(xù)再生，從而制取超純水[4]。

某電廠E D I裝置模塊選擇的是t r o p u r eX L-5 0 0 R L型，單個模塊產(chǎn)水量2.3 m3，分為2組，每組2 4個模塊，正常產(chǎn)水量2×5 0 m3/h，回收率9 5%。E D I裝置2套，一用一備，產(chǎn)水電導率超標或人為請求時退出運行，備用的E D I投入運行，選定的產(chǎn)水箱水位高報警時運行的E D I系統(tǒng)停止運行。

由于E D I特殊的結構特點，對進水的水質要求很高，必須放置在R O的后面。為確保E D I運行正常，一般在E D I前面采用兩級R O系統(tǒng)，脫去大部分雜質后的水進入E D I。

2全膜法與離子交換法的比較

電力工業(yè)中要求電廠超高壓以上鍋爐用水水質電導率＜0.2μS/c m(電阻率＞5 MΩ·c m），二氧化硅含量＜0.0 2 m g/L，而原水僅經(jīng)一級離子交換或二級R O除鹽達不到要求，需經(jīng)混床或E D I處理。對系統(tǒng)出力均為1 0 0 t/h，原水含鹽量約為4 0 0m g/L，暫硬約為4.3 1 m m o l/L的水質綜合比較如下。

2.1系統(tǒng)出水水質比較

從2種工藝的出水水質看（如表2所示），均能滿足機組的補水要求。但全膜法的出水水質較離子交換工藝的好，主要是E D I裝置在進水含鹽量很低的情況下，其除鹽效果更好。某電廠水處理系統(tǒng)運行實踐證明，E D I的出水電阻率可達到1 6 MΩ·c m，即電導率為0.0 6 7 μS/c m。

表2全膜法與離子交換法出水水質比較

2.2系統(tǒng)比較

（1）系統(tǒng)工藝比較。雖然離子交換工藝的出水水質完全滿足該工程的鍋爐補水水質要求，但需要消耗大量的酸堿再生樹脂，而全膜法工藝僅需要少量的阻垢劑、氧化劑和還原劑等藥品。盡管離子交換工藝系統(tǒng)的廢水排放量較全膜法工藝的低，但其廢水中含有較大量的酸堿液，且含鹽量較高，使廢水回收利用受到限制。而全膜法主要是一級R O排放的廢水，除了含有極少量的磷類阻垢劑 （約小于1 0 m g/L）外，就是溶解固形物，含量是原水的4倍。

（2）系統(tǒng)操作與控制比較。2種工藝均采用程序控制自動運行，離子交換工藝操作較為繁雜，酸堿設施易腐蝕，檢修維護工作量大。而全膜法工藝R O裝置及E D I裝置的運行主要是靠升壓泵起停，操作維護簡便。離子交換工藝中由于離子交換器閥門較多，設備需定期再生，控制點數(shù)相應就多，粗略統(tǒng)計離子交換工藝比全膜法的控制點數(shù)多2倍以上，操作維護繁瑣。

（3）設備布置及占地面積。全膜法R O裝置預處理工藝過濾器的濾速一般控制在5～8 m/h，而離子交換工藝預處理濾速達到1 0～1 2 m/h，加上R O的水回收率較后者低，進水量大，所以全膜法工藝的過濾器數(shù)量偏多，從而2種工藝的占地面積相同。全膜法工周期短，設備可以在工廠預組裝，現(xiàn)場安裝工作量小。離子交換工藝設有酸堿貯存及廢水池，總體上土建工程量較大，設備均為大罐體，現(xiàn)場安裝工作量大。

需要指出的是，上述結果是在原水含鹽量相對較低的情況下進行的比較。若原水含鹽量較高，單一的離子交換工藝遠不能滿足節(jié)省占地和降低酸堿消耗的要求，目前電廠的水處理系統(tǒng)中廣泛采用一級R O與傳統(tǒng)離子交換工藝相結合的系統(tǒng)設計。在這種情況下，全膜法的投資與一級R O+陽床+陰床+混床工藝的投資相差不是很大，因此全膜法工藝的綜合優(yōu)勢更為顯著。

2.4技術經(jīng)濟分析

以單套產(chǎn)水量為5 0 m3/h全膜法處理系統(tǒng)與產(chǎn)水量為8 0m3/h的離子交換系統(tǒng)制水成本進行比較，結果如表3所示。由表3可以看出，在相同原水的情況下離子交換系統(tǒng)制水成本比全膜法處理系統(tǒng)高出約0.7 8元/m3，若按電廠年需要用水量2 0 0萬m3計算，則年運行費用可節(jié)約1 5 6萬元。如產(chǎn)水量都為5 0 m3/h采用全膜法水處理系統(tǒng)比離子交換系統(tǒng)基建總投資高出約1 2 5.7萬元，但在年產(chǎn)水量2 0 0萬m3的情況下，新建項目采用全膜法系統(tǒng)，投資差額一年就可收回，而且無酸堿排放，社會效益顯著。

表3 全膜法與離子交換法制水成本比較

3應用情況

R O+E D I的方案最近幾年在國內逐漸推廣采用，且大部分用于電子等行業(yè)（如表4所示）。隨著R O+E D I技術的日趨成熟，在電力系統(tǒng)的應用將越來越普遍。

4結束語

隨著水處理技術的發(fā)展，綠色環(huán)保的電廠是我國電力事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。R O+E D I沒有酸堿貯存及再生，大大降低了運行人員的勞動強度，增強了運行的安全性。以U F+R O+E D I組成的全膜水處理技術，具有出水質量高、連續(xù)生產(chǎn)、使用方便、不用酸堿、不污染環(huán)境、占地面積小、運行經(jīng)濟等優(yōu)點，今后必將替代二級離子交換除鹽系統(tǒng)，成為電廠鍋爐補給水精處理的主流。

表4全膜法系統(tǒng)在國內電廠中的應用

[1]周柏青.全膜法水處理技術[M].北京：中國電力出版社，2 0 0 6.

[2]張建功.超濾技術在電廠化學水處理中的應用[J].北京電力高等?？茖W校學報：自然科學版，2 0 1 1（7）：9 0.

[3]李培元.火力發(fā)電廠水處理及水質控制[M].北京：中國電力出版社，2 0 0 0.

[4]李志軍，夏中明，周柏青，等.E D I連續(xù)脫鹽機理的研究[J].工業(yè)用水與廢水，2 0 0 4（8）：1 7-1 9，2 4.