膜分離技術(shù)在電廠鍋爐補(bǔ)給水中的應(yīng)用

徐明德,朱秋麗

(太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山西太原 030024)

膜分離技術(shù)在電廠鍋爐補(bǔ)給水中的應(yīng)用

徐明德,朱秋麗

(太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山西太原 030024)

介紹了膜分離技術(shù)如超濾、反滲透、電除鹽的原理及在電廠中的使用情況,并以大同某電廠為例介紹了最新的全膜分離工藝在實際中的應(yīng)用效果。指出膜技術(shù)在使用過程中不用酸堿再生,避免了傳統(tǒng)的離子交換技術(shù)有大量的酸堿廢液排放,是今后電廠水處理的方向。

電廠水處理;超濾;反滲透;電除鹽

0 引言

電廠鍋爐補(bǔ)給水傳統(tǒng)的制備工藝是:原水→預(yù)處理→陰陽床一級除鹽→混床深度除鹽→鍋爐補(bǔ)給水[1]。預(yù)處理主要是采用機(jī)械方法如混凝、沉淀、過濾去除水中懸浮性及膠體類雜質(zhì),陰陽床、混床主要是采用離子交換技術(shù)進(jìn)行水的除鹽處理,以滿足鍋爐對補(bǔ)給水的要求。

由于離子交換過程中需對交換樹脂進(jìn)行酸堿再生處理,所以有酸堿污染廢液的排放,會對環(huán)境造成污染[2]。同時,原水水質(zhì)惡化會引起離子交換樹脂再生周期縮短,致使用藥量增多,增加了水處理的成本,因此對電廠水處理技術(shù)提出了更高的要求。隨著膜分離技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用,電廠鍋爐補(bǔ)給水處理越來越多地采用了膜分離技術(shù)。

1 膜分離技術(shù)

膜分離是通過膜對混合物中各組分的選擇滲透作用的差異,以外界能量或化學(xué)電位差為推動力,對雙組分或多組分混合物的氣體或液體進(jìn)行分離、分級、提純和富集的方法[3]。膜分離技術(shù)是一大類技術(shù)的總稱,主要包括超濾、滲析、電滲析、納濾、反滲透、電去離子、氣體擴(kuò)散等。在電廠鍋爐補(bǔ)給水主要用到了超濾、反滲透、電除鹽等技術(shù)。

1.1 超濾

超濾 UF(Utrafiltration)是以壓力差為推動力的膜分離過程。超濾膜的截留粒子粒徑為(0.005～10)μ m。超濾膜多數(shù)為非對稱膜,由一層極薄具有一定孔徑的表皮層和一層較厚具有海綿狀或枝狀結(jié)構(gòu)的多孔層組成[4]。

超濾在電廠鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)中主要是作為反滲透的預(yù)處理過程,由于反滲透對進(jìn)水水質(zhì)的要求較高,其中一個關(guān)鍵的指標(biāo)是水中顆粒物和膠體含量,稱之為淤泥密度指數(shù),通常用SDI表示?；鹆Πl(fā)電廠化學(xué)技術(shù)規(guī)程規(guī)定:對于復(fù)合膜要求SDI＜5,近年來趨于SDI＜3。目前一般的常規(guī)預(yù)處理如混凝、澄清、過濾、活性炭處理系統(tǒng)很難達(dá)到其要求,會造成膜很快被污染,大大影響膜的使用壽命,而超濾的出水則能滿足反滲透對進(jìn)水水質(zhì)的要求。

1.2 反滲透

反滲透 RO(Reverse Osmosis)是一種借助壓力促使水分子反向滲透,以濃縮溶液或廢水的方法。反滲透膜的種類很多,目前應(yīng)用較廣的是醋酸纖維素膜和芳香族聚酰胺膜[5]。

電力行業(yè)中要求鍋爐補(bǔ)給水的硬度小于5 μ mol/L,電導(dǎo)率小于0.2 μ S/cm,二氧化硅質(zhì)量濃度小于0.02 mg/L,但是由于反滲透出水電導(dǎo)率通常在 (10～50)μ S/cm,因此目前主要應(yīng)用于電力行業(yè)鍋爐補(bǔ)給水的預(yù)脫鹽 (一級脫鹽)[6]。

國內(nèi)目前應(yīng)用反滲透裝置進(jìn)行水處理的電廠已有幾十個,并且隨著反滲透設(shè)備投資費(fèi)用的降低,以及反滲透低壓膜、超低壓膜的使用,反滲透的投資成本和運(yùn)行成本都有所降低,其應(yīng)用也就越來越廣[7]。

1.3 電除鹽

電除鹽EDI(Electrodeionization)技術(shù)是依靠電場作用去除水中的無機(jī)離子,是近年來出現(xiàn)的一項新的純水制備技術(shù),可連續(xù)運(yùn)行,所以也可稱之為連續(xù)電去離子技術(shù)CDI或EDI[8]。

EDI在電廠中主要是作為精脫鹽裝置,EDI對水質(zhì)的要求也很嚴(yán)格,最適合它的進(jìn)水就是反滲透的出水[9]。在電廠中的工藝一般是RO+EDI,用EDI取代混床來生產(chǎn)高純水,不用大量更換樹脂,占地空間小,省略了混床和再生裝置;產(chǎn)水連續(xù)穩(wěn)定,出水質(zhì)量高 (而混床在樹脂臨近失效時水質(zhì)會變差)運(yùn)行費(fèi)用低,再生只耗電,不用酸堿,節(jié)省材料費(fèi)用;沒有酸堿廢水排放,環(huán)保效益顯著,增加了操作的安全性。

2 膜技術(shù)在工程中的應(yīng)用

山西大同某熱電聯(lián)產(chǎn)項目裝機(jī)容量2×135 MW火電抽凝機(jī)組,高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐,鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)采用了預(yù)處理 (機(jī)械過濾+超濾)+兩級反滲透+電除鹽工藝。系統(tǒng)總出水:2×34 m3/h。

2.1 原水水源

原水水源為大同西郊污水處理廠處理后的中水,其水質(zhì)見表1。

表1 污水處理后的中水水質(zhì)

2.2 預(yù)處理系統(tǒng)(機(jī)械過濾+超濾)

預(yù)處理系統(tǒng)主要包括機(jī)械過濾、多介質(zhì)過濾器、超濾裝置和活性炭過濾器。其原水加藥后在管道內(nèi)靜態(tài)混合,然后進(jìn)入廠區(qū)機(jī)械加速澄清池混凝、澄清后,進(jìn)入廠區(qū)綜合水池。

多介質(zhì)過濾器是利用石英、無煙煤兩種濾料去除原水中的懸浮物。該廠使用的雙層濾料是在過濾層上部放置較輕的大顆粒無煙煤,下部為大比重的小顆粒石英砂。過濾器數(shù)量為 3臺,規(guī)格φ 3 200 mm。由于運(yùn)行摩擦、反洗沖跑,填料層會逐漸減少。需要通過觀察孔監(jiān)視填料的變化,大約半年會降低100～200 mm左右,此時需要進(jìn)行添加濾料。

超濾裝置由4套SFP-26系列膜組件組成,其超濾膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯的中空纖維,整個組件由殼體、管板、端蓋、導(dǎo)流網(wǎng)、中心管及中空纖維組成,其膜組件是歐美公司為滿足大多數(shù)RO前處理以及中水回用處理的需要而特別開發(fā)的。以高通量、高品質(zhì)的外壓中空纖維膜為基礎(chǔ),并根據(jù)其主要用途進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn),以適應(yīng)較高的進(jìn)水濁度。

由于該廠使用的原水為污水廠處理后的中水,雖然污水廠對水進(jìn)行了混凝澄清過濾處理,但有機(jī)物仍然偏高(CODcr大約40 mg/L左右,CODcr是指水體中能被氧化的物質(zhì)在一定條件下被氧化時所消耗的氧的量),經(jīng)多介質(zhì)和超濾過濾處理后,仍不能滿足反滲透裝置進(jìn)水的要求,故增加活性碳過濾器以去除水中有機(jī)物。

2.3 反滲透系統(tǒng)(兩級)

一級反滲透系統(tǒng)由3套RO裝置、1套清洗裝置組成。其中2套反滲透裝置布置在1個滑架上,每套出力為42.2 m3/h,采用一級兩段式,6∶3排列。另一套反滲透裝置布置在1個滑架上,出力為80.1 m3/h,采用一級兩段式,11∶6排列。反滲透膜采用東麗公司的TM720-400型抗污染高脫鹽率低壓復(fù)合膜。系統(tǒng)水回收率大于75%,脫鹽率大于97%(3年內(nèi))。

二級反滲透系統(tǒng)有2套RO裝置,布置在1個滑架上,每套出力為36 m3/h,采用一級二段式,3∶2方式排列。反滲透膜采用東麗公司的TM720-400型高脫鹽率低壓復(fù)合膜。系統(tǒng)水回收率85%,脫鹽率大于95%(3年內(nèi))。

2.4 電除鹽系統(tǒng)

整個裝置由 2套 EDI膜組件組成,型號為EDI210(18支/套)。出力Q=34 m3/h,水利用率80%～90%。

2.5 出水水質(zhì)

本項目經(jīng)過3年的運(yùn)行,其出水水質(zhì) (檢測結(jié)果見表2)電導(dǎo)率＜0.062 5 μ S/cm,二氧化硅平均質(zhì)量濃度為6 μ g/L,硬度基本接近于0 μ mol/L,其出水水質(zhì)能達(dá)到高壓鍋爐給水水質(zhì)要求。

表2 EDI出水水質(zhì)

3 結(jié)束語

膜分離技術(shù)具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)、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,相信隨著膜成本的下降和國家對環(huán)保要求的提高,膜技術(shù)會越來越多地應(yīng)用于電廠的水處理。

[1] 卞衛(wèi)華.膜技術(shù)在電廠水處理中的應(yīng)用 [J].能源工程,2005(3):42-44.

[2] 房海闊,魏洪軍.電去離子 (EDI)技術(shù)在熱電廠水處理中的應(yīng)用 [J].凈水技術(shù),2002,21(2):17-19.

[3] 王雪梅.淺談膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用[J].呂梁高等專科學(xué)校學(xué)報,2008,24(2):54-56.

[4] 任佶.反滲透技術(shù)在熱電廠中水回用系統(tǒng)中的應(yīng)用 [D].大連:大連理工大學(xué),2007:10.

[5] 謝春生,張小平,黃瑞敏.反滲透技術(shù)及其在我國電廠的應(yīng)用和發(fā)展趨勢 [J].熱力發(fā)電,2006(7):7-10.

[6] 梁軒平.反滲透技術(shù)在電廠脫鹽水系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].冶金動力,2003(4):45-47.

[7] 周正立.反滲透水處理應(yīng)用技術(shù)及膜水處理劑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:1-68.

[8] 張建國,羅凱.膜技術(shù)在處理重金屬廢水中的應(yīng)用[J].礦業(yè)工程,2004,2(5):52-55.

[9] 張志前,樊永勝.反滲透水處理技術(shù)在熱電廠補(bǔ)給水系統(tǒng)中的應(yīng)用探究 [J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2008,18(22):137-139.

Application of Membrane Separation Technology in Boiler Feedwater Treatment of Power Plants

XU Ming-de,ZHU Qiu-li
(College of Environmental Science and Engineering,
Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China)

This article introduces the membrane separation technology,including the principles of ultra filtration,reverse osmosis and EDI,and their service conditions in the power plants.Taking a power plant in Datong as an example,the effects of the newest entire membrane separation craft in reality are stated.It is pointed out that the membrane technology would be a better choice for water treatment of power plants in the future,because it does not use the acid and alkali regeneration,therefore,compared with traditional technique of ionic exchange,it avoids massive discharge of acid and alkali waste fluid.

power plant water treatment;ultra filtration;reverse osmosis;EDI

TU991.2

A

1671-0320(2010)04-0040-03

2010-01-10,

2010-05-24

徐明德 (1958-),男,山西應(yīng)縣人,2006年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè) ,博士,教授,從事環(huán)境工程研究教學(xué);

朱秋麗 (1972-),女,山西懷仁人,2007級太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院在讀碩士,工程師,研究方向為水污染控制與監(jiān)測。