電滲析技術(shù)處理火電廠廢水應(yīng)用

張倩

關(guān)鍵詞：電滲析;火電廠;廢水處理

1ED的原理和性能

近些年來(lái)，ED技術(shù)逐漸在廢水處理及零排放工藝中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。ED系統(tǒng)主要由電極、離子交換膜、隔板、輔助墊片等組成，并被液壓裝置壓緊在機(jī)架上。含鹽水經(jīng)過(guò)循環(huán)泵進(jìn)入ED膜堆，并通過(guò)隔板將鹽水分布在各個(gè)淡水室，在兩極板的強(qiáng)電場(chǎng)作用下，鹽水中的陰陽(yáng)離子發(fā)生定向移動(dòng)，陰離子穿過(guò)陰離子交換膜遷移到濃室，繼續(xù)遷移時(shí)受到陽(yáng)離子交換膜的阻擋而停留在濃室，陽(yáng)離子亦然。隨著離子的遷移，濃水室的含鹽量越來(lái)越大，淡水室的含鹽量越來(lái)越小，達(dá)到出水條件后在各自水箱中溢流排出。評(píng)價(jià)ED最直觀的性能在于淡水回收率、電流效率、脫鹽能力和使用壽命等因素。除了自然條件外，進(jìn)出水流速和模式、離子含量和種類、電流密度和離子交換膜的性質(zhì)等，均深深影響著ED設(shè)備的性能。

由于離子在離子交換膜中的傳質(zhì)速率遠(yuǎn)大于在水中，因此隨著電流密度的不斷升高，膜兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象，導(dǎo)致能耗的增加及膜破壞的可能，因此工作電流密度應(yīng)在極限電流密度之下。MENG等研究表明，膜堆的最大工作電流密度應(yīng)處于極限電流密度的70%～80%。離子交換膜是ED最核心的部分，幾乎決定著ED系統(tǒng)的性能。李麗等實(shí)驗(yàn)對(duì)比了中外5家生產(chǎn)商制備的離子交換膜除鹽性能，結(jié)果表明，其中AGC傳質(zhì)性能較好、能耗較低，應(yīng)用于純鹽濃縮工藝更占優(yōu)勢(shì)。

2ED在火電廠水處理中的應(yīng)用

除了應(yīng)用于海水淡化及海水制鹽外，ED還廣泛用于火電廠的水處理工藝中。自上世紀(jì)70年代起，ED常用于鍋爐補(bǔ)給水的脫鹽處理中，如上海崇明發(fā)電廠、吳淞發(fā)電所和保定石油化工電廠等。運(yùn)行結(jié)果顯示ED脫鹽效果較好，水回收率較高，大大地減輕了離子交換系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。但是限于當(dāng)時(shí)技術(shù)的不成熟如膜易破損、出現(xiàn)黃水、易結(jié)垢和除硅效果差等，以及反滲透在脫鹽處理中的迅速成熟，ED在工業(yè)水處理中未能大量使用。據(jù)BURN等統(tǒng)計(jì)，截止到2015年，在全球水脫鹽處理總?cè)萘恐?，反滲透技術(shù)約占65%，多級(jí)閃蒸占21%，而ED僅占3%。但是近些年來(lái)，隨著ED技術(shù)的不斷研究和優(yōu)化，在火電廠水處理中也得到更多的研究和應(yīng)用。陳文婷等通過(guò)中試研究了頻繁倒極電滲析處理電廠循環(huán)水排污水（硬度739mg/L，電導(dǎo)率3.039mS/cm），結(jié)果表明，在產(chǎn)水率高于80%的前提下，脫鹽率大于80%，出水水質(zhì)優(yōu)于循環(huán)水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，能耗為1.93kW·h/t。謝春玲等通過(guò)中試驗(yàn)證了雙膜法-ED組合的工藝處理循環(huán)水排污水的可行性，通過(guò)ED處理RO濃水，淡水回至RO進(jìn)水，系統(tǒng)總回收率高達(dá)96.1%。

目前，ED在火電廠水處理中最成熟的應(yīng)用是與離子交換法結(jié)合成電去離子技術(shù)，其有機(jī)結(jié)合了ED與離子交換的特點(diǎn)，具有除鹽率高、無(wú)需化學(xué)藥劑再生、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于鍋爐補(bǔ)給水、凝結(jié)水精處理等系統(tǒng)的深度除鹽工藝中。然而，EDI至今在超純水制備中仍占據(jù)較小份額，傳統(tǒng)的離子交換樹(shù)脂法市場(chǎng)比例仍接近于90%，相應(yīng)的市場(chǎng)規(guī)模仍然需求巨大。近幾年來(lái)，隨著火電廠脫硫廢水等末端高鹽廢水零排放的不斷推進(jìn)，形成了以“預(yù)處理-濃縮減量-結(jié)晶蒸發(fā)”為主的零排放水處理工藝。脫硫廢水水質(zhì)波動(dòng)大，硬度大、懸浮物和鹽含量高且復(fù)雜，處理困難。電廠普遍采用三聯(lián)箱技術(shù)、雙堿法等預(yù)處理技術(shù)，后續(xù)常采用管式微濾膜和中空纖維超濾等進(jìn)一步除硬和除濁。濃縮減量技術(shù)是廢水零排放工藝的關(guān)鍵所在，關(guān)乎著零排放系統(tǒng)的工藝、投資和運(yùn)行。濃縮減量技術(shù)可分為熱法和膜法，熱法主要包括機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）、低溫多效蒸發(fā)（LT-MED）和多級(jí)閃蒸（MSF）等，膜法主要包括高壓反滲透膜（SWRO）、碟管式反滲透膜（DTRO）、正滲透（FO）和ED等。較多研究者如AMSHAWEE、YAQUB和韋鋒濤等對(duì)比了各種濃縮減量技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及能耗，總結(jié)如表1。

由表1可知，熱法技術(shù)成熟，但能耗高、設(shè)備有腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，膜法濃縮不涉及水分子的相變反應(yīng)，能耗較低，自動(dòng)化水平較高，適用于當(dāng)下智能電廠、電站的建設(shè)。在膜濃縮工藝中，F(xiàn)O技術(shù)濃縮倍率高、出水鹽含量可控，已應(yīng)用于華能長(zhǎng)興電廠，其電耗約為10kW·h/m3，但相對(duì)于RO和ED，其能耗依然略高，且存在汲取劑再生的問(wèn)題。以DTRO為代表的高壓反滲透具有能耗低、脫鹽率高、出水水質(zhì)好且技術(shù)成熟的優(yōu)勢(shì)，已應(yīng)用于國(guó)電漢川電廠和華電包頭電廠等。但是高壓反滲透依然面臨著不可忽視的劣勢(shì)——濃液含鹽量低（質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%～15%），離蒸發(fā)結(jié)晶的適宜進(jìn)水鹽含量差距依然較大，這無(wú)疑提高了蒸發(fā)結(jié)晶段的能耗和規(guī)模。

為了改善這個(gè)問(wèn)題，ED這一傳統(tǒng)的脫鹽工藝再一次得到應(yīng)用與發(fā)展。因?yàn)镽O是將比例極大的水透過(guò)膜從溶液中擠壓出來(lái)，而ED是電場(chǎng)力直接作用在離子上，隨著離子遷移完成分離過(guò)程。因此ED具有更高的濃縮效率。實(shí)驗(yàn)表明，ED濃水的鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)20%以上，盡管仍未達(dá)到適宜的結(jié)晶蒸發(fā)進(jìn)水量，但ED較大程度上減少了高鹽廢水的量，大大降低了后續(xù)零排放的成本和難度，提高了水的回收率（可達(dá)90%以上）。

結(jié)語(yǔ)

與其他脫鹽技術(shù)對(duì)比，ED在高鹽廢水的濃縮減量階段表現(xiàn)出了濃縮倍率高、濃縮液量較少、自動(dòng)化水平高、能耗較小等優(yōu)點(diǎn);新型的ED技術(shù)也展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，如BMED用于高鹽廢水濃縮液的資源化處理、SED對(duì)脫硫廢水的分鹽濃縮以及EDM對(duì)脫硫廢水的抗結(jié)垢濃縮。

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