反滲透水處理系統(tǒng)在電廠應(yīng)用的研究分析

李國(guó)慶

摘? 要：文章介紹了反滲透技術(shù)的原理與用途，圍繞反滲透系統(tǒng)組成、整體運(yùn)行過程、預(yù)處理工藝的應(yīng)用、運(yùn)維保障措施四個(gè)層面，探討了反滲透水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在電廠中的具體應(yīng)用策略。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、易于操作、產(chǎn)水質(zhì)量高、運(yùn)行成本低等性能優(yōu)勢(shì)，可有效提升電廠水處理系統(tǒng)的綜合效能。

關(guān)鍵詞：電廠水處理;反滲透技術(shù);預(yù)處理工藝

中圖分類號(hào)：X703? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）04-0172-02

Abstract： This paper introduces the principle and application of reverse osmosis technology， focusing on four aspects： the composition of reverse osmosis system， the overall operation process， the application of pretreatment process and the safeguard measures of operation and maintenance. the design of reverse osmosis water treatment system and its specific application strategy in power plant are discussed. The research results show that the system has the advantages of stable operation， easy operation， high water quality and low operating cost， and can effectively improve the comprehensive efficiency of the water treatment system of the power plant.

Keywords： power plant water treatment; reverse osmosis technology; pretreatment process

引言

反滲透技術(shù)的本質(zhì)是膜分離技術(shù)，在壓力作用下利用反滲透膜將溶液中的溶劑、溶質(zhì)有效分離。當(dāng)前我國(guó)電廠普遍采用排水循環(huán)利用等節(jié)水措施補(bǔ)充日常運(yùn)行所需水資源，借助循環(huán)冷卻水、鍋爐補(bǔ)充水等形式實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的循環(huán)利用，但在污水回收處理效果上仍有待加強(qiáng)，對(duì)于反滲透技術(shù)的優(yōu)化提出了迫切需求。

1 反滲透技術(shù)的基本原理與用途分析

1.1 基本原理

反滲透技術(shù)是一種新型膜分離技術(shù)，其應(yīng)用原理是在高于溶液滲透壓的作用下，利用膜孔徑極小的反滲透膜攔截其他溶質(zhì)，實(shí)現(xiàn)溶液中溶質(zhì)與溶劑的有效分離，適用于溶解于水中的鹽類、膠體、微生物以及有機(jī)物等物質(zhì)。

1.2 主要用途

1.2.1 循環(huán)冷卻水處理

通常在電廠運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需消耗大量的循環(huán)冷卻水，基于環(huán)保理念進(jìn)行廢水處理需投入較大的成本，采用反滲透技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)排污水的回收利用，為循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充足量用水，且可實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水的有效凈化處理、提升循環(huán)水水質(zhì)，兼具經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益。

1.2.2 鍋爐酸洗廢液處理

鍋爐酸洗廢液是在電廠鍋爐運(yùn)行過程中產(chǎn)生的廢液，選取醋酸纖維素膜、低壓復(fù)合膜、海水膜針對(duì)廢液進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明海水膜的處理效果最優(yōu)，因此選用海水膜作為反滲透膜進(jìn)行鍋爐酸洗廢液處理，可有效提升廢液的回收利用率，解決環(huán)境污染問題。

1.2.3 電廠運(yùn)行廢水處理

采用反滲透技術(shù)進(jìn)行酸堿廢水、場(chǎng)地沖洗水、日常生活污水等電廠運(yùn)行廢水的處理，由于這類廢水呈酸性，因此需預(yù)先針對(duì)廢水進(jìn)行弱酸處理，以此提升廢水回收利用率，滿足電廠用水需求[1]。

2 反滲透水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在電廠中的具體應(yīng)用探討

2.1 反滲透系統(tǒng)的組成

2.1.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

反滲透系統(tǒng)主要由2套保安過濾器、2套高壓泵、反滲透膜組、2套阻垢劑投加系統(tǒng)與1套清洗裝置組成。其中保安過濾器是一種濾芯為5μm的立式柱狀設(shè)備，內(nèi)部裝有57支長(zhǎng)度為40inch、過濾精度為5μm的均孔PP熔噴濾芯，將其安裝在反滲透系統(tǒng)本體前，用于阻止水體中的大顆粒物通過反滲透膜，保護(hù)反滲透膜的完好性;高壓泵用于為裝置提供進(jìn)水壓力，使水克服滲透壓順利通過反滲透膜進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)，滿足預(yù)設(shè)產(chǎn)水量需求;反滲透膜組用于將出水分為淡水、濃水兩部分，利用濃水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)產(chǎn)水/濃水比與反滲透回收率，保障回收率、脫鹽率分別達(dá)到75%、98%以上;阻垢劑投加系統(tǒng)用于將阻垢劑加入到反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水中，防范濃水中的CaCO3、MgCO3、CaSO4等難溶鹽析出結(jié)垢導(dǎo)致反滲透膜被堵塞，在配制阻垢劑時(shí)需結(jié)合水質(zhì)情況進(jìn)行配比、加藥量的合理設(shè)計(jì);清洗裝置主要用于清洗反滲透膜，通常以6個(gè)月為期限進(jìn)行定期清洗，并結(jié)合出力、膜上污染物類型進(jìn)行清洗方案的合理設(shè)計(jì)。

2.1.2 系統(tǒng)運(yùn)行方式

在反滲透水處理系統(tǒng)的運(yùn)行方式上，原水經(jīng)由生水泵依次經(jīng)過多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器，在加藥后進(jìn)入到保安過濾器中，出水經(jīng)由高壓泵進(jìn)入反滲透膜組，一部分經(jīng)由濃水閥轉(zhuǎn)變?yōu)闈馑?，另一部分通過反滲透處理后轉(zhuǎn)變?yōu)榈?，?jīng)由淡水泵進(jìn)入到除鹽裝置中。其中2套保安過濾器與2臺(tái)高壓泵呈串聯(lián)運(yùn)行，處于一用一備狀態(tài)，需每日針對(duì)備用反滲透裝置進(jìn)行沖洗，并且確保系統(tǒng)出水中的SiO2小于20μg/L、導(dǎo)電度小于0.2μs/cm。

2.2 反滲透系統(tǒng)的整體運(yùn)行過程

在自動(dòng)運(yùn)行情況下，首先將反滲透電磁閥箱開關(guān)、加藥控制柜開關(guān)旋至程控位置，點(diǎn)擊反滲透程控主圖面的自動(dòng)按鈕完成裝置啟動(dòng);其次是正沖環(huán)節(jié)，點(diǎn)擊啟動(dòng)步后使不合格水排放氣動(dòng)門、濃水排水門、進(jìn)水氣動(dòng)門、供水泵、堿計(jì)量泵依次啟動(dòng)，沖洗2min;再次進(jìn)入到預(yù)啟階段，關(guān)閉濃水排放門，啟動(dòng)高壓泵與阻垢劑計(jì)量泵，并分別啟動(dòng)一段、二段增壓泵;接下來(lái)進(jìn)入到制水環(huán)節(jié)，關(guān)閉產(chǎn)排閥，針對(duì)反滲透裝置各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢查，調(diào)節(jié)濃水排水手動(dòng)門將各項(xiàng)參數(shù)調(diào)至規(guī)定值;最后針對(duì)阻垢劑、氫氧化鈉加藥量進(jìn)行檢查，并調(diào)至規(guī)定值。待水箱水位超過3.8m后，停止反滲透裝置運(yùn)行[2]。

2.3 反滲透預(yù)處理工藝的實(shí)際應(yīng)用

2.3.1 應(yīng)用實(shí)例分析

以某電廠為例，該廠日常生產(chǎn)用水為市內(nèi)一污水處理廠二級(jí)處理后的污水，將污水進(jìn)行深度處理后轉(zhuǎn)化為工業(yè)水補(bǔ)給水源，并選取某水庫(kù)地表水、城市地下水分別作為電廠鍋爐補(bǔ)給水源與備用水源。在廠內(nèi)設(shè)有水處理站，運(yùn)用膜生物反應(yīng)器處理工藝，但在水處理站最初設(shè)計(jì)階段未將地表水、中水納入到生產(chǎn)用水考慮范疇中，在后續(xù)處理污水、地表水時(shí)仍選取聚合氯化鋁加入到多介質(zhì)過濾器中，導(dǎo)致在保安過濾器濾芯處附著大量的Al（OH）3膠體，使其運(yùn)行壓差急劇上升、使用壽命大幅縮短，影響到反滲透水處理系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

2.3.2 預(yù)處理工藝

鑒于在反滲透處理過程中進(jìn)水體積持續(xù)減小、水中的懸浮顆粒與溶解性物質(zhì)濃度持續(xù)增大，導(dǎo)致懸浮物質(zhì)在反滲透膜上不斷沉積、堵塞進(jìn)水流道，由此增大其摩擦阻力;同時(shí)當(dāng)濃水中的難溶性鹽類物質(zhì)飽和度達(dá)到上限時(shí)將會(huì)沉淀出來(lái)，在反滲透膜表面形成結(jié)垢，導(dǎo)致反滲透膜的通量減小、運(yùn)行壓力與摩擦阻力提升，進(jìn)而使產(chǎn)水水質(zhì)下降。基于上述兩項(xiàng)原因?qū)⒃斐赡の廴粳F(xiàn)象，因此在反滲透水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需增加預(yù)處理工藝，降低懸浮物、有機(jī)物、難溶鹽等物質(zhì)對(duì)反滲透膜造成污染的幾率，有效改善進(jìn)水水質(zhì)、提升反滲透膜的可靠性。

選取原水進(jìn)入反滲透裝置前的時(shí)間節(jié)點(diǎn)運(yùn)用預(yù)處理工藝，在系統(tǒng)中依次設(shè)置多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器與保安過濾器，定期更換多介質(zhì)過濾器與活性炭過濾器中的濾料、避免其失效，借此濾除原水中的溶解性有機(jī)物與余氯等雜質(zhì)，降低出水COD含量;選用反洗型保安過濾器，定期進(jìn)行反洗與超聲處理，防止細(xì)菌滋生與雜質(zhì)沉積，采用15t/（h，1TI）濾元過濾面積，借此減少濾元更換周期與更換數(shù)量，降低成本支出。同時(shí)，通過在反滲透系統(tǒng)中加酸調(diào)節(jié)入口處水的pH值，結(jié)合CaCO3垢沉積條件、膜元件最佳運(yùn)行pH值進(jìn)行加酸劑量調(diào)節(jié)，例如CA膜的最佳運(yùn)行pH值約為5.5、TFC膜的pH值為6.0-7.0。此外，還需加強(qiáng)對(duì)反滲透加藥環(huán)節(jié)的精細(xì)化設(shè)計(jì)，注重結(jié)合電廠水質(zhì)的實(shí)際特征進(jìn)行混凝劑的合理選取，用于去除水體中的懸浮物、膠體顆粒等雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)改善水質(zhì)目標(biāo)。例如在選用聚丙烯酸作為阻垢劑后，則不應(yīng)再選用陽(yáng)離子型聚電解質(zhì)作為絮凝劑，避免對(duì)膜元件壽命造成影響[3]。

2.3.3 反滲透膜清洗處理

通常在反滲透水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，需每年針對(duì)反滲透膜化學(xué)清洗1-2次，并結(jié)合膜元件的具體情況進(jìn)行清洗配方的設(shè)計(jì)，例如當(dāng)前普遍采用檸檬酸、鹽酸、十二烷基磺酸鈉等物質(zhì)配制清洗液，能夠收獲良好的清洗效果。

2.4 相關(guān)保障措施與運(yùn)維要點(diǎn)

2.4.1 運(yùn)行指標(biāo)與影響因素界定

膜透水通量、超濾截留率、系統(tǒng)進(jìn)水壓力、反沖洗壓力等指標(biāo)均會(huì)影響到反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行效能，而超濾過程、水質(zhì)變化兩項(xiàng)因素將直接影響到出水量，因此在反滲透水處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中需重點(diǎn)關(guān)注上述指標(biāo)與因素，實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制量的合理調(diào)節(jié)。

2.4.2 保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要點(diǎn)

為保障反滲透水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需遵循以下五項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)：其一是定期采用逆向水力進(jìn)行反滲透膜的反沖洗，清除膜表面的雜質(zhì)與截留物質(zhì)，并結(jié)合進(jìn)水水質(zhì)合理調(diào)節(jié)清洗時(shí)間;其二是選取水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀器安裝在進(jìn)水側(cè)，在進(jìn)水污染指數(shù)超出規(guī)定范圍后發(fā)出警報(bào)，避免因水體濁度升高影響到產(chǎn)水量;其三是加強(qiáng)對(duì)保安過濾器的合理設(shè)計(jì)，結(jié)合運(yùn)行實(shí)際條件調(diào)節(jié)其壓降極限值;其四是采取停運(yùn)保護(hù)措施，控制進(jìn)水水質(zhì);其五是做好反滲透膜的及時(shí)清洗，以系統(tǒng)最初投運(yùn)時(shí)的指標(biāo)作為參考值，經(jīng)由歸一化后在鹽通量達(dá)到15%時(shí)進(jìn)行膜的清潔處理。

2.4.3 運(yùn)行維護(hù)管理措施

一方面，應(yīng)注重結(jié)合電廠實(shí)際運(yùn)行情況采取運(yùn)行維護(hù)措施，加強(qiáng)對(duì)反滲透水處理系統(tǒng)出水量穩(wěn)定性的管控，嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)處理工藝，通過定期巡查、清洗防止反滲透膜出現(xiàn)堵塞或污染問題，延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命，確保滿足反滲透水處理系統(tǒng)的進(jìn)水要求。另一方面，還應(yīng)合理進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行成本的把控，在保障系統(tǒng)運(yùn)行效能的基礎(chǔ)上進(jìn)行能耗、更換膜費(fèi)用、化學(xué)清洗費(fèi)用的節(jié)約，將反滲透膜處理系統(tǒng)的運(yùn)行總成本控制在每噸2元以下，增強(qiáng)系統(tǒng)的綜合使用效益。

3 結(jié)束語(yǔ)

據(jù)前瞻統(tǒng)計(jì)，2018年我國(guó)水污染防治設(shè)備產(chǎn)量約為28.5萬(wàn)臺(tái)，水處理行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)4200億元。在生態(tài)環(huán)境部“打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)”號(hào)召深入貫徹實(shí)施的背景下，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)反滲透技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，提升電廠水處理系統(tǒng)的應(yīng)用效能，實(shí)現(xiàn)廢水循環(huán)利用、節(jié)約電廠投入成本，進(jìn)一步提升企業(yè)綜合效益。

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