電廠鍋爐補(bǔ)給水處理中全膜法處理工藝的應(yīng)用研究

馮 帥

(陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

在城市的發(fā)展過程中會(huì)產(chǎn)生大量的城市污水，經(jīng)處理后得到的再生水能夠投入到工程之中進(jìn)行施工，節(jié)約了水資源，帶動(dòng)了社會(huì)效益，但相較于高質(zhì)量生產(chǎn)用水而言，再生水并不能創(chuàng)造出優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效益，在這樣的背景下如何提升對(duì)城市污水的處理質(zhì)量尤為關(guān)鍵，使其能夠充當(dāng)鍋爐補(bǔ)給水。這項(xiàng)措施具有突破性意義，它能夠有效地緩解我國水資源不足的現(xiàn)狀，而其中又以全膜法最為關(guān)鍵，因此本文則將其作為研究重點(diǎn)。

1 工程概況

在本文所探討的電廠中，設(shè)置了水處理系統(tǒng)，選用了立式中空纖維膜元件，為了確保處理質(zhì)量，膜材質(zhì)選用的是聚醚砜材料，它可以有效抵御水污染的影響，并實(shí)行內(nèi)壓式過濾的方式，使得布水具有良好的均勻性，在清洗過程中不存在任何死角，加之死端過濾，能夠進(jìn)一步提升水的回收率。

2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)控制

本工廠的鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)單獨(dú)劃分出一個(gè)建筑區(qū)域，內(nèi)部設(shè)置有過濾除鹽間、室外水箱等多個(gè)模塊。對(duì)于過濾除鹽間而言，其跨距達(dá)到了13.5 m，同時(shí)長(zhǎng)度達(dá)到了48 m，內(nèi)部引入了諸如超濾裝置等各類高效設(shè)備模組。在除鹽間的一側(cè)增設(shè)了一個(gè)跨距為7.0 m的毗間。

2.1 自清洗過濾器

引入了疊片式自清洗過濾器，將此部分結(jié)構(gòu)安裝在超濾膜組件的前端區(qū)域，所得到的過濾精度能夠達(dá)到≤100 mm水平，殘留在水中的懸浮物能夠得到有效的去除，設(shè)備為自動(dòng)化清洗方式，省時(shí)省力。

2.2 超濾

該電廠共增設(shè)了2套超濾系統(tǒng)，二者均適配了36支超濾膜，所帶來的有效膜面積達(dá)到了77 m2?；贒CS機(jī)制完成對(duì)超濾系統(tǒng)的精確控制，加之自動(dòng)化反洗程序以及化學(xué)加強(qiáng)手段，可以完成酸洗以及堿洗兩大環(huán)節(jié)操作，全面保障了超濾膜的潔凈度，經(jīng)處理后得到的水質(zhì)達(dá)到了預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，即濁度≤0.10，并且SI15≤2.5。

2.3 反滲透

關(guān)于一級(jí)反滲透部分，本廠選用的是TML20D-400復(fù)合膜，基于一級(jí)兩段的布置方式，同時(shí)一、二段膜的數(shù)量呈倍數(shù)關(guān)系，即14∶7，就理論層面而言，單膜的脫鹽率至少可以達(dá)到98%甚至更高，且回收率可以達(dá)到75%及其以上水平。關(guān)于二級(jí)反滲透部分，一、二段膜的數(shù)量也存在差異，具體比值為10∶4，單膜脫鹽率與上述相同，但回收率相對(duì)更高一些，可以達(dá)到88%及以上。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)濃水的回收，將其置于超濾水箱之中，能夠顯著提升利用率[1]。

反滲透系統(tǒng)實(shí)行的是DCS控制方式，內(nèi)部含有停機(jī)保護(hù)以及高低壓保護(hù)兩大裝置，可以全面保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)束運(yùn)行后，沖洗系統(tǒng)便會(huì)隨之運(yùn)行，從而完成對(duì)膜的沖洗操作。

2.4 EDI裝置

EDI裝置的內(nèi)部組成較為豐富，除了最為基礎(chǔ)的EDI模塊外，還設(shè)置有流量計(jì)、控制系統(tǒng)等多個(gè)部分。整個(gè)裝置設(shè)置為全填充式膜堆形式，內(nèi)部可分為兩個(gè)系列，二者均可以完成單獨(dú)運(yùn)行，其出力水平可以達(dá)到2×70 t/h。單套膜塊為16臺(tái)，所帶來的回收率可以達(dá)到90%，并且出水水質(zhì)中的SiO2含量能夠控制在10 g/L以內(nèi)。

3 全膜法技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

3.1 OF技術(shù)

OF技術(shù)采用的是機(jī)械篩分的方式，充分利用了膜兩側(cè)的壓差值，將是作為驅(qū)動(dòng)力而完成過濾。在運(yùn)行過程中，以分子量的大小為基準(zhǔn)，從而達(dá)到分離顆粒的效果，OF孔徑介于25～30 nm，借助于OF能夠有效的清理存在于水中的懸浮物以及各類微生物等，因此適用性較強(qiáng)[2]。

3.2 RO技術(shù)

基于RO技術(shù)，將其應(yīng)用于水除鹽系統(tǒng)中，能夠有效的避免廢酸堿污染問題。其中以RO膜尤為關(guān)鍵，是一種典型的半透膜，其具有優(yōu)良的選擇透過性，可以達(dá)到淡化或是凈化的效果。當(dāng)面對(duì)水質(zhì)含鹽量較高的情況時(shí)，RO技術(shù)具有較高的可行性，因此被廣泛應(yīng)用于靠海或是高鹽地區(qū)[3]。就當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)狀而言，有些電廠引入了RO技術(shù)，但只將其用于預(yù)脫鹽環(huán)節(jié)，此后則選用的是較為傳統(tǒng)的離子交換法，此舉可以有效控制廢酸堿排放量。

在本文所探討的項(xiàng)目中，RO系統(tǒng)可細(xì)分為兩級(jí)，二者都設(shè)置在一個(gè)機(jī)架上。對(duì)于一級(jí)RO而言，其選用的是BW30-400/34iFR型膜元件，總數(shù)量達(dá)到了180支；而對(duì)于二級(jí)RO而言，則選用的是XLE-440型膜元件，其數(shù)量相對(duì)較少，為84支。

3.3 EDI技術(shù)

相較之下，在對(duì)酸堿再生處理工時(shí)，EDI技術(shù)所帶來的效果最為良好，它也滿足了當(dāng)前現(xiàn)代環(huán)保發(fā)展的基本要求。關(guān)于EDI技術(shù)的運(yùn)行機(jī)理，它在傳統(tǒng)的電滲析基礎(chǔ)上綜合引入了離子交換法，加之選擇性膜以及離子交換樹脂二者的結(jié)合，可以構(gòu)成一個(gè)填充床，由此達(dá)到了電化學(xué)持續(xù)再生的效果，最終完成超純水的提取[4]。

在本文所探討的電廠項(xiàng)目中，EDI模塊采用的是tropureXL-SOORL型，系統(tǒng)共設(shè)置了24個(gè)模塊，所帶來的回收率可以達(dá)到95%。EDI裝置共分為兩套，其中一套用于日常運(yùn)行，當(dāng)其出現(xiàn)異常后另一套則隨即啟動(dòng)。EDI結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的特殊性，它對(duì)進(jìn)水水質(zhì)提出了極高的要求，因此宜將其置于RO的后端區(qū)域。為了使得EDI能夠處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，通常需要將兩級(jí)RO系統(tǒng)置于EDI之前，此舉可以有效去除存在于水中的雜質(zhì)。

3.4 全膜法工藝流程

全膜法集多種方法于一身，在過濾器的作用下完成對(duì)原水的初步處理，將其中的細(xì)小顆粒清除，而后再進(jìn)入到兩級(jí)反滲透RO之中，達(dá)到脫鹽的效果，進(jìn)而轉(zhuǎn)入到EDI之中，達(dá)到深度除鹽的效果后所得到的水能夠作為鍋爐補(bǔ)給水[5]。此方法所帶來的效果優(yōu)良，但對(duì)應(yīng)的流程也更為復(fù)雜，具體如圖1所示。在本文的工程中，引入了兩套處理設(shè)備，所帶來的處理能力可以達(dá)到140 m3/h。

圖1 水處理工藝流程

3.5 全膜法與離子交換法的比較

對(duì)于電力行業(yè)而言，對(duì)超高壓鍋爐提出了較高的要求，其水質(zhì)導(dǎo)電率必須控制在0.2 μS/cm以內(nèi)，同時(shí)SiO2含量不可超過0.02 mg/L，即便采取了二級(jí)RO除鹽處理，但所得到的效果不夠理想，因此還需要進(jìn)行EDI處理。對(duì)此，將圍繞全膜法以及離子交換法展開對(duì)比分析。

3.5.1 系統(tǒng)出水水質(zhì)比較

關(guān)于二者所帶來的出水水質(zhì)情況如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)其都滿足了所提出的補(bǔ)水要求，但進(jìn)一步對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，全膜法所帶來的出水水質(zhì)更為優(yōu)良，這與EDI裝置有著很大的關(guān)聯(lián)。

表1 全膜法與離子交換法出水水質(zhì)比較

3.5.2 系統(tǒng)比較

(1)系統(tǒng)工藝比較。當(dāng)采用離子交換工藝后，盡管其出水水質(zhì)達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以作為鍋爐補(bǔ)水，但在此過程中使用到的酸堿再生樹脂量較多，若使用全膜法，無論是阻垢劑還是還原劑等材料的使用量都相對(duì)較少。若從廢水排放量的角度進(jìn)行分析，當(dāng)采用離子交換工藝后，產(chǎn)生的此部分總量更少，但經(jīng)檢測(cè)得知廢水中的酸堿液占比較大，同時(shí)含鹽量也相對(duì)更高，這會(huì)對(duì)廢水的回收利用水平造成影響[6]?；谌しǎa(chǎn)生的主要以一級(jí)RO廢水居多，其中的磷類阻垢劑的數(shù)量也得到了良好的控制。

(2)系統(tǒng)操作與控制比較。所選用的2種工藝都基于自動(dòng)化的方式運(yùn)行，但離子交換法在操作過程中復(fù)雜度較高，容易對(duì)設(shè)備造成腐蝕。基于全膜法，主要使用到了RO裝置以及EDI裝置，其使用過程中操作簡(jiǎn)單，維護(hù)也更為方便。此外還需要認(rèn)識(shí)到的是離子交換法中需要使用到大量的離子交換器，因此會(huì)隨之產(chǎn)生豐富的控制點(diǎn)，相較于全膜法而言數(shù)量達(dá)到了其兩倍以上，因此不利于維護(hù)工作的展開。

(3)設(shè)備布置及占地面積。若使用全膜法，則需要使用到RO裝置，在運(yùn)行過程中過濾器的濾速通常需要控制在5～8 m/h，當(dāng)采用離子交換工藝法，所帶來的濾速相對(duì)較高，此時(shí)介于10～12 m/h，但后者的回收率相對(duì)較差。對(duì)于膜法而言，其所需的工期相對(duì)較短，并且設(shè)備能夠在工廠內(nèi)完成預(yù)組裝操作，因此可以有效的減少安裝工作量；而對(duì)于離子交換法，則需要得到酸堿貯存池的支持，對(duì)應(yīng)的工程量相對(duì)較大。

應(yīng)當(dāng)明確的是，以上分析所得到的結(jié)果均建立在原水含鹽量較低的基礎(chǔ)之上，當(dāng)原水含鹽量處于較高狀態(tài)時(shí)，僅憑借離子交換工藝所帶來的效果相對(duì)有限，無論是占地還是酸堿消耗情況都不容樂觀，對(duì)此，當(dāng)前的水處理系統(tǒng)則進(jìn)行了創(chuàng)新，以一級(jí)RO以及傳統(tǒng)離子交換工藝相結(jié)合的方式進(jìn)行，實(shí)際結(jié)果表明其帶來的效果更為顯著。

3.6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

此處對(duì)全膜法以及離子交換法進(jìn)行對(duì)比分析，前者的產(chǎn)生量為50 m3/h，后者則為80 m3/h，所得到的結(jié)果如表2所示。對(duì)其進(jìn)行分析得知，確保原水不變這一基本條件，相較于全膜法而言，使用離子交換法所需的成本相對(duì)更高，即多了0.78元/m3，假定電廠一年運(yùn)行共需要200萬m3水，此時(shí)則需要多花費(fèi)156萬元。因此，若從成本的角度進(jìn)行分析，全膜法所帶來的經(jīng)濟(jì)效益更為理想，經(jīng)計(jì)算后可知一年時(shí)間便可將成本收回。

表2 全膜法與離子交換法制水成本比較

4 結(jié) 語

綜上所述，在當(dāng)前的社會(huì)背景下，電廠需要朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，基于RO+EDI的方式，可以顯著提升對(duì)城市污水的處理效率，且不會(huì)發(fā)生酸堿貯存以及再生的情況。若基于OF+RO+EDI相結(jié)合的方式，則可以持續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，合理控制酸堿使用量，同時(shí)所需的占地面積也相對(duì)較小，因此這將會(huì)成為今后的主流發(fā)展方向。