電廠污水處理中膜處理技術(shù)的應(yīng)用研究

張孝蓮

摘 要：電廠熱力發(fā)電系統(tǒng)中，水質(zhì)問題是影響電力生產(chǎn)輸送、保證設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果處理不到位，容易導(dǎo)致水中產(chǎn)生雜質(zhì)，產(chǎn)生腐蝕等問題，給電廠的運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益帶來不好的影響，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生。本文對(duì)電廠污水處理中膜處理技術(shù)展開論述，期待對(duì)電廠工作的發(fā)展實(shí)踐具有參考作用。

關(guān)鍵詞：電廠污水處理；膜處理；應(yīng)用實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

電能關(guān)系到人們生產(chǎn)生活，是保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)良性運(yùn)行和發(fā)展的不可獲取的能源，因此其質(zhì)量受到普遍關(guān)注。人們?cè)陔娔芄?yīng)工作實(shí)踐和熱力發(fā)電系統(tǒng)安裝運(yùn)營(yíng)過程中發(fā)現(xiàn)，水質(zhì)的好壞會(huì)直接影響設(shè)備的運(yùn)行，這是由于設(shè)備中污水處理的方式左右著設(shè)備中腐蝕和故障發(fā)生。如果處理得不好，就會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)變差，產(chǎn)生腐蝕等現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備故障，影響到發(fā)電工作。因此，研究污水處理技術(shù)，尤其是膜處理技術(shù)，對(duì)于電廠工作具有重要的意義。

一、膜處理技術(shù)簡(jiǎn)介及原理

1.膜技術(shù)是一類技術(shù)的總稱。作為一項(xiàng)具有巨大潛力的實(shí)用性技術(shù)，已在世界范圍引起人們重視和廣泛應(yīng)用。美國(guó)官方文件曾指出：“目前，沒有一種技術(shù)能像膜技術(shù)這么廣泛地被應(yīng)用”。我國(guó)膜技術(shù)應(yīng)用于電廠水處理最早可追溯到20世紀(jì)70年代末到80年代初，在消化吸收之后，其突出的優(yōu)點(diǎn)開始逐漸被人們認(rèn)識(shí)。作為核心技術(shù)的反滲透膜是由高分子材料制成，利用反滲透技術(shù)，為廢水處理和提制純水提供了新的解決方案。膜技術(shù)是一項(xiàng)具有巨大潛力和實(shí)用性的技術(shù)，包括反滲透、納濾、超濾、微濾和電除鹽（EDI）等技術(shù)，具有不需酸、堿，操作方便，出水水質(zhì)好，性能穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。它的核心是一種具有選擇性半透性質(zhì)的薄膜，被稱為反滲透膜，能夠在外加壓力作用下，使水溶液中的水分和某些組分選擇性透過，從而達(dá)到純化、分離或濃縮的目的。這種膜的使用實(shí)現(xiàn)了和水處理有關(guān)的主要包括反滲透、微濾、超濾、鈉濾以及電除鹽等的技術(shù)處理。目前，膜技術(shù)在我國(guó)北方及東南沿海電廠水處理中被廣泛應(yīng)用，很好地解決了缺水地區(qū)的節(jié)水問題，為電廠節(jié)約了成本。

2.膜處理技術(shù)原理

膜處理技術(shù)是一種通過特制薄膜的分離、濃縮、提純，對(duì)混合物進(jìn)行過濾的技術(shù)手段，這種經(jīng)過選擇，性能優(yōu)良的薄膜形態(tài)分為固態(tài)和液態(tài)。作為污水處理技術(shù)中的重要一環(huán)，其工作原理包括：（1）利用過篩的方法對(duì)混合物中的物質(zhì)進(jìn)行分離，這些混合物的質(zhì)量、體積、形態(tài)等均有不同，薄膜正是利用了這一特點(diǎn)進(jìn)行分離工作。（2）通過薄膜的分離，混合物中不同的化學(xué)成分發(fā)生了分解，分解時(shí)的溶解速度不同，因此物質(zhì)之間的分離得以實(shí)現(xiàn)。（3）與傳統(tǒng)的分離技術(shù)比較，膜處理技術(shù)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便操作的優(yōu)勢(shì)，而且膜處理技術(shù)能夠?qū)Ψ肿恿窟M(jìn)行幾百到幾千的物質(zhì)分離，可以在常溫下操作的同時(shí)避免“相”的變化，綠色環(huán)保節(jié)能，成本耗費(fèi)低。

3.膜處理技術(shù)應(yīng)用

（1）在市政污水處理中，膜處理技術(shù)的應(yīng)用是非常廣泛的。因?yàn)槟ぬ幚砭哂胁桓淖兾廴疚锾幚砬昂笞兓奶匦?，因此?duì)于市政污水中的中水回用非常有利。如新加坡建成的膜處理中水回收技術(shù)，就是將污水用于澆灌和廁所沖水；我國(guó)清華大學(xué)利用膜處理對(duì)中水回收利用研發(fā)的砂濾、超濾工藝，日出水量達(dá)到500m3，水質(zhì)得到了很大的改善，經(jīng)過二級(jí)處理的污水中的細(xì)菌指標(biāo)得到了大幅度的控制。（2）在石油采集過程中會(huì)產(chǎn)生大量超過國(guó)標(biāo)的污水，經(jīng)過處理后才能排放。膜處理技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的去油去污處理加以改良，將污水中的油含量控制在國(guó)標(biāo)內(nèi)。（3）在飲用水中，膜處理技術(shù)主要是將污水中的絮凝沉淀進(jìn)行過濾、加氯處理，經(jīng)過處理后的水達(dá)到了飲用標(biāo)準(zhǔn)，自來水中的細(xì)菌、病毒、鐵銹等經(jīng)過凈水器中的基本水處理后，再經(jīng)過膜處理，就基本可以達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)。而且采用自來水加壓的方式就可以讓膜處理技術(shù)達(dá)到3年以上的使用壽命，處理效率比較高，而且能將異味、病菌等處理干凈。（4）垃圾填埋中，利用膜處理技術(shù)處理污染物，可以將垃圾中的有機(jī)污染物和無機(jī)污染物，采用納濾以及反滲透技術(shù)進(jìn)行有效地大量清理。這種處理技術(shù)目前在國(guó)外垃圾處理廠中已經(jīng)被廣泛使用，在我國(guó)也正在進(jìn)入正式啟用階段。（5）電廠熱力系統(tǒng)中水在進(jìn)入水汽循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)使熱力設(shè)備產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕、積鹽等，不僅影響水的品質(zhì)，還造成污染與浪費(fèi)，并且影響電廠設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這是由于沒有經(jīng)過凈化處理的水含有多種雜質(zhì)，無法保證熱力系統(tǒng)所需的水質(zhì)指標(biāo)，而且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，還要高效、低耗、環(huán)保，膜處理技術(shù)純水制備正是解決這一難題的比較新的解決方案。

二、膜處理技術(shù)的特點(diǎn)

（1）膜處理技術(shù)使用到的設(shè)備體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，而且不需要占用很大場(chǎng)地。（2）膜處理技術(shù)能夠?qū)ο鄬?duì)分子量數(shù)量較大的物質(zhì)進(jìn)行分解。（3）膜處理技術(shù)能夠在常溫下進(jìn)行分離技術(shù)，并且達(dá)到環(huán)保要求。（4）膜處理依靠膜的孔徑及選擇透過性實(shí)現(xiàn)污染物的分離，分離前后的物質(zhì)在物理、化學(xué)性質(zhì)上沒有改變。（5）膜處理技術(shù)處理高效，無須投加化學(xué)藥品等。（6）膜處理技術(shù)分離的是有機(jī)物、無機(jī)物以及微小的細(xì)菌，甚至可以分離病毒。（7）膜處理技術(shù)按其濾膜的孔徑大小，可以進(jìn)行微濾、納濾、反滲透及電滲析等操作。

三、電廠污水處理中膜技術(shù)的分類

膜處理技術(shù)在研發(fā)過程中具有很多種方式，廣泛應(yīng)用于電廠廢水處理和其他污水處理工作中，主要運(yùn)用到的方式包括反滲透、微濾、超濾等等。最重要的為3種：超濾技術(shù)是電廠污水處理中在使用到的主要的膜分離技術(shù)。利用超濾膜壓力的驅(qū)動(dòng)和多孔膜，污水中的分子量對(duì)大量的雜質(zhì)、顆粒等進(jìn)行了去除，這主要是活性膜起到的作用。污水處理需要膜處理技術(shù)中的反滲透作用，反滲透膜的工作原理是利用溶液滲透壓力不同，將污水中的水分子予以穿透，剩下的為離子、細(xì)菌、膠體等雜質(zhì)。膜原件是反滲透的主要元件，這是一種高分子的材料，污水在加壓后從元件進(jìn)入隔網(wǎng)層，排除了雜質(zhì)后，進(jìn)入導(dǎo)流層的管道中，留下了清潔的淡水。膜處理技術(shù)中全膜分離技術(shù)的工作原理是電廠過路補(bǔ)給水的處理中，將污水納入到陰陽混床中加以處理，這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以將污水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理，而且避免了酸堿再生和廢渣排放的現(xiàn)象。隨著電廠采用膜分離技術(shù)的應(yīng)用與推廣，膜分離技術(shù)已經(jīng)成為電廠純水設(shè)備凈化的新的解決方案。只要和水處理有關(guān)的技術(shù)就離不開膜分離技術(shù)，主要分類包括：（1）反滲透技術(shù)是利用溶液滲透壓的特性，根據(jù)離子、細(xì)菌等不能穿透半透膜的性質(zhì)，將這些雜質(zhì)與水分離。反滲透膜是一種高分子材料，采用特殊工藝制作而成，只有水分子才能透過半透膜，溶質(zhì)是不能透過的。半透膜是反滲透裝置中的主要構(gòu)成部分，還包括了導(dǎo)流層、隔網(wǎng)膜，這些部件按照一定的順序進(jìn)行了黏合，卷制于排孔之上。原水在壓力的作用下從元件的一端進(jìn)入隔網(wǎng)層，半透膜將一部分的鹽類進(jìn)行了截留。然后順著導(dǎo)流層次的通道，淡水從中心管壁的微小孔道中排出，這個(gè)膜孔的直徑只有1nm左右，可以過濾水中的溶解鹽、膠體、微生物等。剩余的水和大部分的菌類以及溶質(zhì)從設(shè)備中的膜元件的另外一端排出，被稱為濃縮水。經(jīng)過這種過濾處理出來的水，水質(zhì)良好，無污染，但是如果要滿足中高壓電力設(shè)備用水需要，還要進(jìn)一步進(jìn)行除鹽處理。（2）EDI，是電除鹽的簡(jiǎn)稱。這種技術(shù)依靠電的作用，將水中的無機(jī)離子進(jìn)行去除。新型的純水制備技術(shù)中，這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用。它結(jié)合了傳統(tǒng)的電滲析和離子交換技術(shù)。將電作用下脫鹽工作不能深度進(jìn)行的缺點(diǎn)予以彌補(bǔ)，經(jīng)過電除鹽后，水質(zhì)更加純凈，已經(jīng)能夠滿足鍋爐用水的要求。其中的電阻率、硬度等達(dá)到了工作要求。EDI膜是兩個(gè)電極之間的具有一定對(duì)數(shù)的單元組成，這兩個(gè)單元分別有不同的室，一個(gè)是淡水室，內(nèi)有需要清除的鹽分，一個(gè)是濃水室，內(nèi)有需要去除的雜質(zhì)和離子。淡水室是用陰陽離子交換樹脂填滿，樹脂床利用室兩端的直流電進(jìn)行再生。電壓使用中的水分子分解出H+和OH-，水中的離子收到電極的吸引，穿過陰陽離子交換樹脂，吸納了膜的過濾功能，向著對(duì)應(yīng)膜的方向遷移，在離子經(jīng)過濃水室后，結(jié)合成了水，水中的鈣和CI等雜質(zhì)離子吸附到了離子交換樹脂上，形成了離子交換反應(yīng)，又置換除了H+和OH-，當(dāng)雜質(zhì)離子加入到水中向著交換膜方向錢以后，離子進(jìn)入濃水室，與相鄰的室的膜發(fā)生的碰撞并受到阻擋，無法向著對(duì)應(yīng)電極的方向遷移，最終雜質(zhì)集中在濃水室里，被排出了膜堆。（3）全膜分離技術(shù)，也稱為三膜處理技術(shù)，主要在對(duì)原水中的廢液和酸堿溶液進(jìn)行排放和再生。在電廠污水自動(dòng)化處理中被大量使用。（4）電廠污水處理中，利用壓力的驅(qū)動(dòng)和多孔膜的作用，將污水中存在的分子量較大的雜質(zhì)、顆粒以及膠體等進(jìn)行去除，這是一種電廠大范圍污水處理工作當(dāng)中常用的技術(shù)，被稱為活性膜超濾膜分離處理工藝。

四、案例分析

本文所舉案例，是某電廠項(xiàng)目中裝機(jī)容量為2×240t/h的抽凝機(jī)組。鍋爐補(bǔ)給水的規(guī)模為2×40m3/h每小時(shí)。水質(zhì)要求電導(dǎo)率要小于0.2US，系統(tǒng)采用了預(yù)處理、反滲透、電除鹽的技術(shù)，全部為自動(dòng)化控制系統(tǒng)。電廠處于北方缺水區(qū)域，因此淡水資源比較南方地區(qū)相對(duì)匱乏。為了緩解供水矛盾，建設(shè)了膜分離污水處理系統(tǒng)，將膜處理在污水處理環(huán)節(jié)上重點(diǎn)加以應(yīng)用，見表1。

在電廠的鍋爐補(bǔ)給水預(yù)處理系統(tǒng)中使用了多介質(zhì)過濾器對(duì)水中的機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)行濾除。當(dāng)進(jìn)水濁度小于2MG/L，選用了鈉離子交換器，控制反滲透和電除鹽中的進(jìn)水硬度，保證反滲透和電除鹽裝置的運(yùn)行安全可靠，見表2。

（1）在電廠反滲透裝置脫鹽裝置中，設(shè)計(jì)了反滲透裝置膜組件，包含了3層薄膜。表面為芳香聚胺材質(zhì)，由微孔聚層組成。壓力膜管采用玻璃鋼壓力膜管，具有抗腐蝕、耐壓的特性和優(yōu)點(diǎn)，見表3。

（2）反滲透膜處理后，污水中的大部分的無機(jī)鹽、有機(jī)物和微生物等被很好地去除，達(dá)到了EDI對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求，見表4。

（3）在電廠循環(huán)流化床機(jī)組的鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)中，采用了預(yù)處理反滲透電除鹽的積水，系統(tǒng)為全自動(dòng)控制方式，通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行。通過CRT等對(duì)污水處理過程進(jìn)行監(jiān)管和控制，預(yù)處理技術(shù)和超濾反滲透技術(shù)工藝流程為：原水箱-清水泵-多介質(zhì)過濾器-超濾裝置-反滲透裝置-中間水泵-陰陽床-除鹽水箱。經(jīng)過預(yù)處理后，原水中的雜質(zhì)在多介質(zhì)的過濾器中得到了有效的去除，再經(jīng)過超濾裝置，污水中的有機(jī)物雜質(zhì)更加得到了去除，保證了進(jìn)入反滲透裝置水的水蝕度。

（4）EDI結(jié)合了電滲析與離子交換技術(shù)。不再需要鹽堿就能將離子去除，本案例中電廠采用了美國(guó)通用公司的設(shè)備，出水水質(zhì)為：硬度約為0，二氧化硅小于10Ug/L，實(shí)際應(yīng)用中的電導(dǎo)率大約為25℃，小于0.1Us每厘米?？梢宰鳛殄仩t的補(bǔ)充水進(jìn)行運(yùn)用。

（5）預(yù)處理系統(tǒng)中的原水中的懸浮物等雜質(zhì)在經(jīng)過多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器的處理之前，是被截留在濾層之中的。需要對(duì)原水中的余氯、微量油、有機(jī)物等進(jìn)行濾除，才能保證補(bǔ)給水的水濁度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。除此以外，電廠中節(jié)水的重點(diǎn)應(yīng)放在循環(huán)冷卻污水的回收和利用上。將原水的水源經(jīng)過反滲透鹽水處理后，將噴淋水使用泵達(dá)到輸煤棧橋上，再進(jìn)行納濾膜工藝處理，處理的流程為：原水經(jīng)過澄清池、無閥濾池、清水池，經(jīng)過多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、保安過濾器后，得到了排污處理。這種被稱為循環(huán)冷卻排污水中的納濾膜技術(shù)經(jīng)過實(shí)踐證明可行性高，而且成本較低，較為實(shí)用。

五、膜處理技術(shù)的缺點(diǎn)

膜處理技術(shù)在污水處理中雖有較好的表現(xiàn)，但也存在一些缺點(diǎn)，需要在日后的研究和實(shí)踐工作中多加注意，尋求有效的方法予以克服，如膜污染會(huì)造成污水處理變慢，效果變差，效率變低的問題，是一直以來存在的。膜在長(zhǎng)時(shí)間處理污水過程中截留的污染物，成分復(fù)雜，即便是利用沉淀、過濾等方法進(jìn)行了預(yù)處理，但是對(duì)膜堵塞膜孔等問題依然無法徹底根除。特別是重污染水水質(zhì)，就算是采用了水質(zhì)pH進(jìn)行調(diào)節(jié)等方法還是無法系統(tǒng)解決膜污染和堵塞。

六、膜技術(shù)在電廠水處理中的發(fā)展

案例中先對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理、反滲透、EDI電除鹽的工藝，正在被廣泛應(yīng)用著。隨著新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，如今的污水膜處理技術(shù)又出現(xiàn)了更加先進(jìn)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，那就是超濾、微濾等新技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用。這種新技術(shù)的工作原理與以往不同，利用壓力的驅(qū)動(dòng)，將多孔膜上的大分子物質(zhì)、病毒、膠體等進(jìn)行去除，將指標(biāo)中截留分子量控制在10萬之內(nèi)，10萬以外的物質(zhì)基本上無法穿透膜。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，微濾技術(shù)處理過后的反滲透的產(chǎn)水比舊技術(shù)更加澄清，預(yù)處理的過濾系統(tǒng)工作效率提高了30%，污染濾降低了20%，反滲透膜的清洗次數(shù)也得到了明顯的降低。不僅延長(zhǎng)了反滲透膜的使用壽命，而且降低了維護(hù)、保養(yǎng)、購(gòu)買、更換的成本。這種全新的全膜工藝在除鹽工作中，產(chǎn)生的凈水的硬度、活性硅、電導(dǎo)率等參數(shù)完全符合電廠超高壓鍋爐的補(bǔ)水要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語

我國(guó)電廠污水處理中的膜處理技術(shù)，與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定差距。今后研究的方向應(yīng)是如何降低膜的投資費(fèi)用，加大膜技術(shù)新材料和新技術(shù)的應(yīng)用。通過不斷積累經(jīng)驗(yàn)，相信我國(guó)電廠水處理技術(shù)必將適應(yīng)時(shí)代要求，在環(huán)保、節(jié)能、高效、優(yōu)質(zhì)的道路上不斷邁進(jìn)，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]張小剛.探析電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)膜處理裝置的安裝[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2015（12）：56，60.