文／何云飛 中創(chuàng)宏遠(yuǎn)（北京）環(huán)保科技有限公司 北京 100000

引言：

我國現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)注重技術(shù)方面的研究，電滲析水處理工藝作為工業(yè)生產(chǎn)中一項重要的技術(shù)，在實用中體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。某發(fā)電廠屬于中溫中壓的火力發(fā)電廠，總系統(tǒng)裝機的容量可以達(dá)到60MW，位于我國的北方地區(qū)的某礦場中，運行的環(huán)境相對惡劣，每年的冬天周圍的水源會出現(xiàn)冰凍的情況，則發(fā)電廠的水質(zhì)就會受到嚴(yán)重的影響，硬度最高可以達(dá)到12mmol/L，堿度則可以達(dá)到24mmol/L，含鹽率也非常高，在工業(yè)生產(chǎn)中這種情況被稱之為“三高水”，是不宜于應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)的。

在每年初夏，部分積雪融化且降雨量增多，該發(fā)電廠的水源水質(zhì)才相對轉(zhuǎn)好，水質(zhì)中的含鹽率逐漸下降，但水質(zhì)的顯著變化依然使發(fā)電廠的水處理工作面臨著巨大的難題，影響著發(fā)電廠的穩(wěn)定運行，也限制著電滲析水的效果，所以技術(shù)人員需要在電滲析水處理工藝中實現(xiàn)技術(shù)的突破，才能對原電滲析水處理系統(tǒng)做出合理的優(yōu)化，解決以往系統(tǒng)中存在的各類問題。

1、原電滲析水處理系統(tǒng)中存在的工藝問題

原電滲析水處理工藝在技術(shù)改進之前，處理系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程包括引入水源、加入石灰、澄清池到過濾器，經(jīng)過電滲析器以后再流入一級鈉離子交換器，之后進入二級鈉離子交換器。冬季的電滲析水處理工藝會受到石灰與澄清系統(tǒng)的影響，這部分處理過程又會受到生水溫度及流速的影響，所以冬季的電滲析水處理工藝出水水質(zhì)難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要愛去，而且技術(shù)人員反復(fù)清晰過濾器可能會導(dǎo)致電滲析器的解體，嚴(yán)重情況下會威脅到發(fā)電廠的運行安全。

工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)的過程中要停止使用石灰與澄清系統(tǒng)，如果技術(shù)直接使用三高水，就會將電滲析裝置的電極極水區(qū)存在結(jié)垢的問題，或者引發(fā)其他的問題導(dǎo)致整體系統(tǒng)的運行效率大幅下降，還可能會引發(fā)系統(tǒng)不程度的堵塞，因此，技術(shù)人員必須要對電滲析前置環(huán)節(jié)做好相關(guān)技術(shù)的研究。

圖1 發(fā)電廠

從該發(fā)電廠近七個月的水質(zhì)壞水期記錄的數(shù)值研究來看，這一階段的水質(zhì)酸堿值處于8.7-9.4之間，水質(zhì)的PSI結(jié)垢指數(shù)可以達(dá)到7.88，最小是6.0，所以技術(shù)人員可以初步判斷該發(fā)電廠的水質(zhì)結(jié)垢屬于不穩(wěn)定型。電滲析器的脫鹽原理是根據(jù)水室變化的特點得出的，會不可避免的發(fā)生電滲析器的內(nèi)部結(jié)垢情況，技術(shù)人員要優(yōu)化原電滲析水處理工藝，就需要解決結(jié)垢的嚴(yán)重問題，可以選擇在生水中加入適當(dāng)?shù)柠}酸，用于調(diào)整生水的酸堿值，將其控制在8.0的標(biāo)準(zhǔn)之下，能夠完成水中碳酸根離子和氫氧根離子的轉(zhuǎn)化，有效的防止水中電極區(qū)域濃水室部分的結(jié)垢問題。

從該發(fā)電廠的生水月度水質(zhì)變化分析報告中可以看到，生水的懸浮物與COD質(zhì)量濃度變化處于40-120與8-15的狀態(tài)之間。北方夏季氣溫回升，發(fā)電場周圍的水源解凍，處于魚類繁殖的旺盛期，不免有水生物進入到工業(yè)生產(chǎn)的生水處理系統(tǒng)中。在電滲析裝置的設(shè)計使用規(guī)章中也明確的記錄著，電滲析器的入口水濃度質(zhì)量要控制在3mg/L之內(nèi)，才能維持電滲析器的穩(wěn)定運行。

圖2 電滲析設(shè)備

電滲析器的前置預(yù)處理設(shè)備中要采用無煙煤的過濾器，搭配石英砂雙層過濾，可以去除生水中大量的微生物及懸浮物，之后生水經(jīng)過高效氣囊組成的纖維過濾器，進一步精細(xì)化處理，可以有效的防止水中懸浮雜質(zhì)引發(fā)的堵塞問題。如夏季生水中含有的大量菌類與藻類微生物，技術(shù)人員要對生水采取必要的滅菌、滅藻處理措施，可以有效防止電滲析裝置的內(nèi)部微生物繁殖問題，減少水室堵塞的情況。技術(shù)人員通過對電滲析水處理工藝的系統(tǒng)進行反復(fù)的論證，可以將制水工藝調(diào)整為冬季加入鹽酸，夏季加入氯氣，生水經(jīng)過雙層床機械過濾，又通過高效氣囊纖維過濾與精美過濾的一體化處理，進入電滲析器之中，通過一級鈉離子和二級鈉離子交換器的處理，向水中加入氨氣，成為工業(yè)生產(chǎn)中使用的補給水。

2、電滲析水處理工藝的技術(shù)改進措施

2.1 設(shè)計依據(jù)

該發(fā)電廠中的鍋爐總蒸發(fā)量為330t/小時，而水處理系統(tǒng)中設(shè)計的補水率可以達(dá)到5%以上，其他情況下的水損失率為7%，電滲析器的進水含鹽量為2400。但原鍋爐允許的補給水含鹽量是在1800以下，很明顯實際的進水并不符合鍋爐的要求，甚至也無法達(dá)到鍋爐規(guī)定的2%的排污率。技術(shù)人員對電滲析器的指標(biāo)進行計算，其中淡化水的出水量要達(dá)到330×（7%+5%）≈40，而水中的鹽平衡計算脫鹽率要達(dá)到1-1800×2%÷（7%+5%）÷2400≈88%。這兩個數(shù)值是原電滲析水處理工藝及系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計依據(jù)，經(jīng)過技術(shù)人員設(shè)計后的電滲析水處理系統(tǒng)要能夠滿足這兩方面的條件，否則就依然沒有達(dá)到理想的效果。

2.2 選擇電滲析器的部件

技術(shù)人員在優(yōu)化電滲析器時，要考慮其中的各部分構(gòu)件，包括了隔板、陰陽離子交換膜及電極板，其中隔板的組裝方式比較簡單而且整體工藝的配合性能較好，技術(shù)人員可以采用實用優(yōu)勢比較明顯的0.8×400×1600mm無回路式的隔板。選擇陰陽離子交換膜時可以選擇異相膜。同時技術(shù)人員要成分考慮電滲析器對電極的耐腐蝕性，于是在優(yōu)化電滲析水處理工藝的過程中選擇了鈦鍍電極，整體的電流可以達(dá)到KGBA125/380.200的標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)三相全滿可控的硅整流電流。

由于該發(fā)電廠面臨著三高水的惡劣條件，所以相關(guān)電滲析器的實驗研究數(shù)據(jù)增長率非常高，平均每1330m的有效流程中，脫鹽率可以達(dá)到45%，最低值為15%。技術(shù)人員選擇了節(jié)水型的設(shè)計方案，采用三級兩段體外串聯(lián)的方式，在中間管道進行升壓，濃水深處可以利用電滲析處理器完成生水的過濾工作。根據(jù)試驗的結(jié)果，技術(shù)人員可以發(fā)現(xiàn)三級四段電滲析器的對模出水量數(shù)值較高，可以達(dá)到每10對膜的出水量大于1.2噸，所以優(yōu)化后的電滲析器總膜對數(shù)所需量為10×40/1.2=330。

圖3 電滲析器

2.3 改進電滲析主體的系統(tǒng)技術(shù)

技術(shù)人員要進一步提升發(fā)電廠生水的利用效率，對電滲析的主體系統(tǒng)技術(shù)做出優(yōu)化改進，技術(shù)根據(jù)電極極水去的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點采取了相關(guān)改進措施，在保證水流量充足的情況下，取消了常規(guī)設(shè)計中的極水專供管道及流量計算情況，實現(xiàn)附件的連接及區(qū)極水裝置的簡化與優(yōu)化，連接了相關(guān)實用性更優(yōu)的附件，包括流量計算的裝置，使技術(shù)系統(tǒng)的運行更加方便。在十幾年的實踐優(yōu)化過程中，原有的電滲析水處理工藝已經(jīng)不再適用于當(dāng)下時代工業(yè)的生產(chǎn)，經(jīng)過改進后的電滲析水處理系統(tǒng)對原水的利用效率更高，在原有基礎(chǔ)上可以提升8%的利用率。

技術(shù)人員根據(jù)電滲析系統(tǒng)的脫鹽原理，解決了三高水在電滲析體內(nèi)的結(jié)垢問題，尤其是濃水回收的電滲析組結(jié)垢問題更加嚴(yán)重，技術(shù)人員在系統(tǒng)中設(shè)計了輔助清晰的部分，可以通過化學(xué)清洗的方式，及時的消除內(nèi)部結(jié)構(gòu)。既可以有效的防止內(nèi)部結(jié)垢物質(zhì)產(chǎn)生，又可以防止離子交換膜發(fā)生鐵中毒的情況，在控制流量及水壓力等方面都可以起到良好的優(yōu)化作用。在電滲析器的入口水壓大于0.28MPa時，電滲析離子交換膜可能會出現(xiàn)鐵中毒，此時的水脫鹽率會大大下降，運行中的鹽酸反清洗裝置會自動對電滲析本體內(nèi)部進行化學(xué)清洗，消除系統(tǒng)在制水過程中遇到的障礙。

2.4 電滲析水處理工藝改進的效果

技術(shù)人員采用了段單體檢修及無極水旁路等方式來改進電滲析水處理工藝及相關(guān)裝置，使發(fā)電廠對生水的利用效率達(dá)到70%，實際的脫鹽率達(dá)到了87%，全面整合了鍋爐補給水的水處理工藝。技術(shù)人員從以往十幾年的生水處理數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，發(fā)現(xiàn)鍋爐的排污率從8%下降為3.4%，而且鍋爐給水管道的運行時間也從7年提升到20年，相關(guān)設(shè)備的腐蝕情況逐漸下降，汽水的損失率越來越小，如今已經(jīng)可以到達(dá)正常值。發(fā)電廠每年的軟化水能夠節(jié)省2.2×100000噸，幫助企業(yè)節(jié)省每年投入的成本200余萬元，使發(fā)電廠的市場前景更好。

圖4 電滲析器原理圖

2.5 電滲析水處理工藝的注意事項

夏季期間的電滲析水前置裝置的反清洗不徹底，可能會導(dǎo)致預(yù)處理系統(tǒng)存在大量的菌類與藻類，那么水質(zhì)就會非常復(fù)雜，技術(shù)人員在聯(lián)合滅菌的過程中，應(yīng)當(dāng)對電滲析入口處殘留的氯氣含量加強控制，其濃度不可超過1.0的標(biāo)準(zhǔn)，否則容易破壞電滲析器的氧化狀態(tài)，導(dǎo)致脫鹽率的降低，或者造成電極腐蝕。處理三高水時，隨著水溫的上升，水的脫鹽率也會上升，但是可能導(dǎo)致濃水室存在嚴(yán)重的結(jié)垢情況，而且整體系統(tǒng)的耗電量非常大，技術(shù)人員在這一部分設(shè)計溫度控制的環(huán)節(jié)，將溫度控制在20℃之下，使倒極的操作時間在2小時之內(nèi)。如果是淡水或者濃水的地下水箱電滲析系統(tǒng)，技術(shù)人員要注重各個流程的電滲析操作程序，避免在處理水的過程中因本體負(fù)壓導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。見圖5

圖5 電滲析器現(xiàn)場圖

結(jié)語：

在我國現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)中，對工業(yè)用水的需求越來越大，但從自然界中直接獲取的水資源需要經(jīng)過系統(tǒng)的處理以后才能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，而直接獲取的水資源水質(zhì)相對復(fù)雜，所以電滲析水處理工藝的應(yīng)用是非常必要的。但在不同的地理環(huán)境中，水資源的處理要求也不相同，有些地區(qū)中水資源處理難以獲得滿足，技術(shù)人員就需要對現(xiàn)有的電滲析水處理工藝加以革新，使之可以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展需求，具備更強大的水處理作用，為工業(yè)生產(chǎn)提供更高的水質(zhì)。