膜技术在电厂水处理中的应用
摘 要: 反渗透(RO)技术已在我国许多电厂获得广泛应用,而电除盐( ED I) 技术是一种新的膜分离技术,它们同是膜技术,但工作机理不同。介绍了反渗透+电除盐在电厂水处理中的应用,解决了传统离子交换处理工艺产生酸碱废液的问题。
关键词:电厂水处理;膜技术应用;反渗透;电除盐
0 引 言
热力系统中水的品质是影响电厂设备安全经济运行的重要因素。没有经过净化处理的水含有多种杂质,进入水汽循环系统会使热力设备产生结垢、腐蚀、积盐等,严重影响热力设备的安全运行,并降低运行经济性,增加检修工作量和运行费用。所以,选择合适的化学水处理工艺显得尤为关键,既要求能保证热力系统所需的水质指标,又要求高效低耗环保运行。热力系统的水处理工艺很多,一般先用机械过滤方法去除水中悬浮物及胶体类杂质,再软化去除水中的硬度,如采用阳床、阴床、混床、电渗析、反渗透等技术去除水中的离子,在这些工艺中都采用了离子交换树脂,也都存在用酸碱再生离子交换树脂使其性能恢复的过程。这样,整个生产过程既有酸碱化学污染废液的排放,又不能连续生产,运行操作复杂,劳动强度高,日常维护复杂,制水成本高,同时设备占地面积大,产水品质依赖于树脂再生操作人员的技术熟练程度,最重要的是酸碱废液的排放,与当今对环保要求越来越高的形势不相符合。传统典型的制水工艺如下:
原水→预处理→阳阴床一级除盐→混床除盐 →锅炉补给水。
1 膜分离技术
近些年,膜分离技术的发展给纯水制备提供了新的解决方案。膜分离技术是一大类技术的总称,和水处理有关的主要包括微滤、超滤、钠滤、反渗透以及电除盐(ED I)等。这些膜分离产品均是利用特殊制造的多孔材料,选择性地分离水和水中的杂质。锅炉补给水制备工艺中,可采用反渗透替代阳阴床一级除盐,用ED I替代混床离子交换,流程如下:
原水→预处理→反渗透( RO ) →电除盐 ( ED I) →锅炉补给水。
1. 1 反渗透技术
反渗透( reverse osmosis)技术是一种先进的节能的膜分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的作用下,依据离子、细菌等杂质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。反渗透膜是用高分子材料经过特殊工艺而制成的半透膜,它只允许水分子透过,不允许溶质通过。反渗透装置的主要部件———膜元件是将半透膜、导流层、隔网膜按一定顺序粘合,并卷制于排孔的中心管上。经过加压的原水从元件的一端进入隔网层,一部分水及少量的盐类通过半透膜流到导流层内,再顺着导流网的通道经中心管壁的微孔流入中心排出, 形成淡水。剩余水及大部分溶质、菌类等物质经隔网层从膜元件的另一端排出而形成浓缩水。
由于反渗透膜的膜孔径非常小(仅为1nm左右) ,因此能有效地去除水中的溶解盐、胶体、微生物、有机物等(去除率高达97%～98% ) [ 1 ] 。系统具有出水水质好、能耗低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。但反渗透产水还不能满足中高压锅炉的用水要求,还需进一步除盐。
1. 2 电除盐( ED I)技术
电除盐ED I ( Electrodeionization)技术则是依靠电场作用,去除水中的无机离子,是近年来出现的一项新的纯水制备技术。它把传统的电渗析技术和离子交换技术有机地结合起来,既克服了电渗析不能深度脱盐的缺点,又弥补了离子交换不能连续工作、需消耗酸碱再生的不足。其出水水质能满足锅炉用水对电阻率、硬度和硅的要求。
ED I膜堆是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成。在每个单元内有两类不同的室:待除盐的淡水室和收集所除去杂质离子的浓水室。淡水室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填满,这些树脂位于两个膜之间:只允许阳离子透过的阳离子交换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。树脂床利用加在室两端的直流电进行连续的再生, 电压使进水中的水分子分解成H+及OH- ,水中的这些离子受相应电极的吸引,穿过阳、阴离子交换树脂向所对应膜的方向迁移,当这些离子透过交换膜进入浓室后, H+和OH- 结合成水。这种 H+和OH- 的产生及迁移正是树脂得以实现连续再生的机理。当进水中的Na+及Cl- 等杂质离子吸咐到相应的离子交换树脂上时,这些杂质离子就会发生象普通混床内一样的离子交换反应,并相应地置换出H+及OH- 。一旦在离子交换树脂内的杂质离子也加入到H+及OH- 向交换膜方向的迁移,这些离子将连续地穿过树脂直至透过交换膜而进入浓水室。这些杂质离子由于相邻隔室交换膜的阻挡作用而不能向对应电极的方向进一步地迁移,因此杂质离子得以集中到浓水室中,然后可将这种含有杂质离子的浓水排出膜堆。
2 膜技术在工程中的应用
缅甸某电厂项目装机容量为2 ×240 t/h,高温高压煤粉锅炉+ 2 ×60MW抽凝机组,锅炉补给水系统设计规模为供水量2 ×23m3 /h。产水水质要求符合高压锅炉给水规范: 电导率< 0. 2μS/ cm, SiO2 < 20μg/L,硬度≈ 0。
该系统采用预处理+反渗透+电除盐的工艺技术,控制系统设计为自动控制,包括预处理、 RO、ED I系统和相关机泵全部采用PLC程序控制,由CRT站集中监控。
系统的原水是当地溪水,水质如表1。
| 表1 原水水质mg/L |
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工艺流程采用了“预处理+单级反渗透+电除盐”的流程:
原水箱→清水泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→钠离子交换器→保安过滤器→一级反渗透装置→中间水箱→中间水泵→电除盐装置→除盐水箱→除盐水泵→凝汽器
预处理系统选用多介质过滤器是为了滤除原水中的机械杂质,保证活性炭过滤器的进水浊度 < 2mg/L,选用活性炭过滤器是为了去除进水中的有机物,保证反渗透装置进水COD < 2mg/L,选用钠离子交换器是为了控制反渗透及电除盐装置的进水硬度,保证反渗透及电除盐装置安全稳定运行。
预处理系统产水水质符合反渗透系统进水要求:
供水淤堵指数 SD I≤ 5;
供水余氯 < 0. 1 mg/L;
供水浊度 < 1NTU;
浓水Langelier饱和指数 LSI < 0;
反渗透装置是该项目预脱盐的心脏部分,经反渗透处理的水,能去除绝大部分的无机盐、有机物和微生物。设计的合理与否直接关系到项目的投资费用、整个系统运行的经济效益、使用寿命、以及操作可靠简便性。反渗透装置膜组件选用美国DOW氏公司F ILMTEC卷式组件(BW30 - 365 型) 。该组件由三层的薄膜复合,表面层为芳香聚酰胺材质,厚度约为0. 2μm,并由一层微孔聚砜层支撑。压力膜管选用美国专用于卷式RO组件的玻璃钢压力膜管,压力膜管是增强FRP材质,具有抗腐蚀性、耐压2. 1MPa、管内壁光滑、装卸方便等特点。反渗透出水满足ED I进水水质要求(见表2) 。
| 表2 出水水质mg/L |
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电除盐(ED I) 技术是一种新的膜分离技术, 它巧妙地将电渗析技术和离子交换技术相融合, 无需酸碱,而能连续制取高品质纯水。它具有技术先进、操作简便及良好的环保特性。本项目选用GE公司的E - CELL模块,每个模块额定制水量2. 88 m3 /h,最大制水量3. 4 m3 /h, 膜堆型号 MK - 2,每套ED I装置用8个膜块。其出水水质如下:
硬度: ≈ 0
二氧化硅: < 10μg/L
电导率(25℃) : < 0. 1μS/ cm
本项目锅炉补给水系统目前已经调试完毕投入运行,出水质量能够达到上述水质要求。需要说明的是,高压锅炉给水仅要求电导率< 0. 2μS/ cm, 而ED I 装置出水质量可以达到电导率 < 0. 0625μS/ cm,尚有一定的富余空间。
3 结 语
在锅炉补给水制备工艺中,在类似原水水质条件下,采用反渗透技术替代阳床、阴床一级除盐、采用电除盐ED I替代混床离子交换的膜法工艺,完全能够满足高压锅炉用水的要求。
参考文献:
[ 1 ] 冯 敏. 工业水处理技术[M ]. 北京:海洋出版社, 1992.
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