姜東升，戚更生

(江蘇射陽港發(fā)電有限責(zé)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(bǔ)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(zhì)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(shù)是一種新型的流體分離單元操作技術(shù)，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(yīng)用了電滲析技術(shù)實(shí)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(shù)之列。近年來，全膜法技術(shù)由于其高產(chǎn)水水質(zhì)，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(shù)特點(diǎn)

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(zhì)情況確定是否上混凝澄清設(shè)備以及視原水含鹽量的情況確定是否設(shè)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(zhì)情況，某電廠水處理流程設(shè)計為：射陽河水→2×1 6 0 t/h混凝反應(yīng)沉淀池→2×1 6 0 t/h空氣擦洗濾池→8 0 0 m3化學(xué)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(yù)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(bǔ)水母管。

1.2 UF技術(shù)

U F是一種以機(jī)械篩分原理為基礎(chǔ)，以膜兩側(cè)壓差為驅(qū)動力的膜分離技術(shù)。它是一種流體切向流動和壓力驅(qū)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(jī)大分子、細(xì)菌、微生物等雜質(zhì)。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(yīng)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(zhì)選用機(jī)械強(qiáng)度好、抗污染能力強(qiáng)、透水性強(qiáng)的聚醚砜材料。其過濾方式為內(nèi)壓式過濾，具有布水均勻、無清洗死角等優(yōu)點(diǎn)。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(shè)置2套U F裝置，正常出力為2×6 4 m3/h，自動運(yùn)行時一用一備。當(dāng)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(shù)

R O技術(shù)應(yīng)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(dá)到淡化、凈化或濃縮分離的目的[3]。R O技術(shù)對于水質(zhì)含鹽量的適應(yīng)性特別強(qiáng)，因此，在缺水、高含鹽量及靠近海邊的地方，更顯示了其技術(shù)優(yōu)勢。目前國內(nèi)大部分電廠僅把R O當(dāng)作預(yù)脫鹽，后面仍然采用離子交換技術(shù)，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(jī)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(yùn)狀態(tài)的R O裝置當(dāng)出水電導(dǎo)率超標(biāo)或者人為請求進(jìn)入反洗時退出運(yùn)行，進(jìn)入反洗狀態(tài)，當(dāng)運(yùn)行過程中產(chǎn)水箱水位高報警時，R O裝置停止運(yùn)行。

1.4 EDI技術(shù)

E D I技術(shù)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(jié)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(jìn)行電化學(xué)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(dǎo)率超標(biāo)或人為請求時退出運(yùn)行，備用的E D I投入運(yùn)行，選定的產(chǎn)水箱水位高報警時運(yùn)行的E D I系統(tǒng)停止運(yùn)行。

由于E D I特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對進(jìn)水的水質(zhì)要求很高，必須放置在R O的后面。為確保E D I運(yùn)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(zhì)后的水進(jìn)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(zhì)電導(dǎo)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(dá)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(zhì)綜合比較如下。

2.1系統(tǒng)出水水質(zhì)比較

從2種工藝的出水水質(zhì)看（如表2所示），均能滿足機(jī)組的補(bǔ)水要求。但全膜法的出水水質(zhì)較離子交換工藝的好，主要是E D I裝置在進(jìn)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(yùn)行實(shí)踐證明，E D I的出水電阻率可達(dá)到1 6 MΩ·c m，即電導(dǎo)率為0.0 6 7 μS/c m。

表2全膜法與離子交換法出水水質(zhì)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(zhì)完全滿足該工程的鍋爐補(bǔ)水水質(zhì)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(yùn)行，離子交換工藝操作較為繁雜，酸堿設(shè)施易腐蝕，檢修維護(hù)工作量大。而全膜法工藝R O裝置及E D I裝置的運(yùn)行主要是靠升壓泵起停，操作維護(hù)簡便。離子交換工藝中由于離子交換器閥門較多，設(shè)備需定期再生，控制點(diǎn)數(shù)相應(yīng)就多，粗略統(tǒng)計離子交換工藝比全膜法的控制點(diǎn)數(shù)多2倍以上，操作維護(hù)繁瑣。

（3）設(shè)備布置及占地面積。全膜法R O裝置預(yù)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(yù)處理濾速達(dá)到1 0～1 2 m/h，加上R O的水回收率較后者低，進(jìn)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(shè)備可以在工廠預(yù)組裝，現(xiàn)場安裝工作量小。離子交換工藝設(shè)有酸堿貯存及廢水池，總體上土建工程量較大，設(shè)備均為大罐體，現(xiàn)場安裝工作量大。

需要指出的是，上述結(jié)果是在原水含鹽量相對較低的情況下進(jìn)行的比較。若原水含鹽量較高，單一的離子交換工藝遠(yuǎn)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(jié)合的系統(tǒng)設(shè)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(shù)經(jīng)濟(jì)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(jìn)行比較，結(jié)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(yùn)行費(fèi)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(yīng)用情況

R O+E D I的方案最近幾年在國內(nèi)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(shù)的日趨成熟，在電力系統(tǒng)的應(yīng)用將越來越普遍。

4結(jié)束語

隨著水處理技術(shù)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(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，增強(qiáng)了運(yùn)行的安全性。以U F+R O+E D I組成的全膜水處理技術(shù)，具有出水質(zhì)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(yùn)行經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，今后必將替代二級離子交換除鹽系統(tǒng)，成為電廠鍋爐補(bǔ)給水精處理的主流。

表4全膜法系統(tǒng)在國內(nèi)電廠中的應(yīng)用

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

[2]張建功.超濾技術(shù)在電廠化學(xué)水處理中的應(yīng)用[J].北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報：自然科學(xué)版，2 0 1 1（7）：9 0.

[3]李培元.火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)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(jī)理的研究[J].工業(yè)用水與廢水，2 0 0 4（8）：1 7-1 9，2 4.