膜技術(shù)在電廠水處理中的應(yīng)用

河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院

摘要：膜技術(shù)是一項(xiàng)具有巨大潛力的實(shí)用性技術(shù)，反滲透技術(shù)的核心是反滲透膜，這是一種用高分子材料制成的、具有選擇性半透性質(zhì)的薄膜。文章介紹了反滲透、電除鹽、納濾、超濾、微濾等膜技術(shù)目前在我國(guó)電廠水處理中的應(yīng)用情況，以及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：膜技術(shù)；電廠水處理；應(yīng)用

目前膜技術(shù)已在世界范圍引起人們重視和廣泛應(yīng)用。在水處理中，膜技術(shù)通常是指反滲透（RO）、納濾（NF）、超濾（UF）、微濾（MF）和電除鹽（EDI）等技術(shù)。膜技術(shù)不需酸、堿，操作方便，出水水質(zhì)好，性能穩(wěn)定，至今反滲透技術(shù)已在我國(guó)北方及東南沿海電廠被廣泛應(yīng)用，也用于解決缺水地區(qū)的節(jié)水問(wèn)題。反滲透技術(shù)的核心是反滲透膜，這是一種用高分子材料制成的、具有選擇性半透和某些組分選擇性透過(guò)，從而達(dá)到純化、分離或濃縮的目的。

1 反滲透和電除鹽

在各工業(yè)行業(yè)中，電力工業(yè)鍋爐用水的純水處理是規(guī)模最大的，水質(zhì)要求也很高，技術(shù)歷史也最久，見(jiàn)表1。

在這種工業(yè)需求的推動(dòng)下，電力工業(yè)的純水處理技術(shù)一直受到高度重視?；仡櫦兯苽浼夹g(shù)的發(fā)展歷史，大致可以分為以下幾個(gè)階段：⑴采用蒸餾方法制備蒸餾水：蒸餾技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展就是閃蒸，目前仍然有人采用這種方法制備純水，其制備的純水，水質(zhì)大約是電導(dǎo)率1-10μs/cm；對(duì)于高參數(shù)鍋爐來(lái)講，這種水質(zhì)不能滿足要求，還需進(jìn)一步采用離子交換方法處理。⑵采用離子交換方法制備純水：隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和離子交換技術(shù)的完善，逐步采用離子交換方法制備純水。國(guó)外是從20世紀(jì)50-60年代開(kāi)始的，國(guó)內(nèi)是在20世紀(jì)60-70年代開(kāi)始的。離子交換法可以制備純度極高的水質(zhì)，這也是目前國(guó)內(nèi)發(fā)電廠廣泛采用的純水制備方法。采用的系統(tǒng)是陽(yáng)床-陰床-混床，在這里我們稱它為早期純水制備方法。

⑶采用反滲透和離子交換相結(jié)合的方法制備純水，早期的離子交換純水制備技術(shù)，它的缺點(diǎn)就是需要酸堿再生，且有酸堿性廢液排放，操作麻煩。當(dāng)反滲透技術(shù)出現(xiàn)時(shí)，采用反滲透制備純水的技術(shù)就受到廣泛重視，但是由于反滲透出水電導(dǎo)率達(dá)10-50μs/cm，無(wú)法滿足高參數(shù)鍋爐需要，就需要采用RO -混床（或RO-陽(yáng)床-陰床-混床）系統(tǒng)，即把反滲透和離子交換結(jié)合起來(lái)，我們稱之為過(guò)渡時(shí)期的純水制備技術(shù)。目前電力工業(yè)使用的反滲透幾乎全部都是這種工藝。這種工藝仍未完全拋棄離子交換工藝方式，只不過(guò)是用RO來(lái)大大降低離子交換系統(tǒng)進(jìn)水含鹽量，以延長(zhǎng)離子交換周期，減少酸堿用量，減少排放，減少操作。⑷采用全膜工藝制備純水 預(yù)見(jiàn)未來(lái)的發(fā)電廠純水制造工藝應(yīng)該是全膜工藝，即俗稱的三膜處理工藝（超濾UF-RO–EDI）。這種工藝不再需要離子交換，可避免離子交換的缺點(diǎn)，它的出水水質(zhì)可以達(dá)到混床出水水質(zhì)，不需要酸堿再生，無(wú)廢液排放，自動(dòng)化程度較高。

在全膜處理的純水技術(shù)中，反滲透已經(jīng)成熟，關(guān)鍵是EDI，它稱為電除鹽或填充床電滲析，或連續(xù)電除鹽，或E-CELL[1]。EDI實(shí)際上是在傳統(tǒng)的電滲析淡水室（包括濃水室）中充填陰陽(yáng)混合樹(shù)脂，利用樹(shù)脂去除進(jìn)水中微量離子，從而使出水電導(dǎo)率下降，出水水質(zhì)提高，該樹(shù)脂不需要酸堿再生，而是通過(guò)電滲析極化時(shí)水解離產(chǎn)生的H+和OH-對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生，再生產(chǎn)物進(jìn)入濃水室排放，因此，它的工作過(guò)程是自動(dòng)的，操作很少[2]。

EDI通常被制成模塊式，每件模塊的處理出力很小，比如Electropure公司的EDI單件出力為0.17，0.34，0.91，1.6，2.28，3.42，4.56，9.06m3/h，GE公司E-CELL單件出力為5，15，18gpm（1.14，3.4，4.08m=/h）[3]。當(dāng)處理水量大時(shí)，就將多個(gè)單模塊并聯(lián)使用.目前已有多臺(tái)達(dá)到幾百m3/h的設(shè)備在運(yùn)行（最大可達(dá)13 900 m3/h）。圖1為處理量為41和82m3/h的EDI。

圖1 GE公司的E-CELL 裝置

EDI出水水質(zhì)可以達(dá)到混床水質(zhì)，可以滿足鍋爐用水和電子工業(yè)用水的要求。某EDI的出水

水質(zhì)列于表3和圖2。

2 超濾

超濾也是壓力型驅(qū)動(dòng)膜，但它分離原理與反滲透膜不同，它基本上屬于多孔膜上的機(jī)械截留，分離范圍為大分子物質(zhì)、病毒、膠體等，表征它分離性能的指標(biāo)通常用截留分子量來(lái)表示，如截留分子量為10萬(wàn)，表示水中分子量大于10萬(wàn)的物質(zhì)基本上都無(wú)法透過(guò)膜，被截留在膜面[4]。目前，超濾在電廠水處理中的應(yīng)用尚未廣泛開(kāi)發(fā)，但它是具有使用前途很廣的膜品種之一。

2.1 用作反滲透進(jìn)水前處理

反滲透使用中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是它的進(jìn)水水質(zhì)必須符合要求，否則膜很快被污染，這會(huì)大大影響膜的使用壽命，進(jìn)水水質(zhì)中一個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)是水中顆粒狀物和膠體含量，通常用SDI表示[5]。SDI是水通過(guò)0.45μm濾膜后，反映水中微粒對(duì)濾膜污堵情況的指標(biāo)，反滲透要求進(jìn)水SDI<4-5。目前一般常規(guī)的混凝、澄清、過(guò)濾水處理工藝很難達(dá)到這種指標(biāo)，如果原水是水庫(kù)水、高有機(jī)物含量水，則更困難。如果用超濾對(duì)反滲透進(jìn)水進(jìn)行處理，由于超濾膜孔徑更?。ɡ缃亓舴肿恿?0萬(wàn)的膜孔徑大約0.01μm），它可以有效地將水中膠體去除，確保所處理水的SDI<1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于反滲透進(jìn)水要求，保證反滲透安全運(yùn)行，延長(zhǎng)其壽命。目前國(guó)內(nèi)將超濾作為反滲透前處理手段，在發(fā)電廠內(nèi)僅山東十里泉電廠一家，該廠使用河邊淺井水作水源，原水預(yù)處理工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不能滿足反滲透要求，于2001年春投運(yùn)超濾水處理裝置（超濾膜截留分子量為2萬(wàn)），經(jīng)一年多運(yùn)行表明，超濾裝置出水水質(zhì)穩(wěn)定，完全達(dá)到反滲透進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，確保反滲透運(yùn)行正常。

3 納濾與微濾

3.1 納濾

納濾又稱松散型反滲透，它和反滲透一樣，可去除水中離子和有機(jī)物，但其對(duì)二價(jià)離子去除率高（95%以上），對(duì)一價(jià)離子去除率低（40%-80%）。納濾的這一性能決定了它的用途，目前一般在生活飲用水處理上代替反滲透，它有保留一定礦物質(zhì)又能去除有機(jī)物的優(yōu)點(diǎn)。在發(fā)電廠水處理中，人們較多關(guān)注的是它用作循環(huán)冷卻水處理，去除硬度以防垢，以及用于循環(huán)冷卻水排水的回收利用。但是由于投資費(fèi)用高，目前尚無(wú)人使用，在發(fā)電廠補(bǔ)給水的純水處理中，納濾不如反滲透優(yōu)越，除非它的價(jià)格大大低于反滲透，否則應(yīng)用的可能性不大。在電廠生活飲用純水處理上，納濾比反滲透優(yōu)越，有應(yīng)用前途，其實(shí)，納濾的這種特殊性能，還可用來(lái)解決發(fā)電廠生產(chǎn)中的其他問(wèn)題，比如它對(duì)有機(jī)物去除率高，可用于發(fā)電廠非經(jīng)常性難處理有機(jī)廢水的一次性處理等，可惜這些方面工作尚未開(kāi)展。

3.2 微濾

微濾是指濾除水中0.1μm以上顆粒的膜過(guò)濾。它在電子工業(yè)純水處理中用作終端處理，去除水中顆粒狀物，目前發(fā)電廠對(duì)純水中顆粒狀物要求不高，所以應(yīng)用較少，將來(lái)在超超臨界機(jī)組補(bǔ)給水處理上可能有所應(yīng)用。但微濾良好的分離性能，在電廠水處理中仍有許多地方可以應(yīng)用。比如，在大機(jī)組凝結(jié)水中的金屬腐蝕產(chǎn)物（氧化鐵）顆粒，有人檢測(cè)，其粒徑大部分在5-10μm，可以用微濾予以去除，這是凝結(jié)水過(guò)濾除鐵的一種形式。類似裝置已有使用，但目前所用微孔濾膜的孔徑較大，還有人用0.45μm 濾膜濾除凝結(jié)水（或給水）中的鐵，濾除率達(dá)98%，因此，如果用0.45μm濾膜進(jìn)行微孔過(guò)濾，除鐵效果更好。再比如，某廠曾在發(fā)電機(jī)冷卻水系