電滲析水處理工藝的技術(shù)改進(jìn)施工研究

文／何云飛 中創(chuàng)宏遠(yuǎn)（北京）環(huán)?？萍加邢薰?北京 100000

引言：

我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)注重技術(shù)方面的研究，電滲析水處理工藝作為工業(yè)生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的技術(shù)，在實(shí)用中體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)。某發(fā)電廠屬于中溫中壓的火力發(fā)電廠，總系統(tǒng)裝機(jī)的容量可以達(dá)到60MW，位于我國(guó)的北方地區(qū)的某礦場(chǎng)中，運(yùn)行的環(huán)境相對(duì)惡劣，每年的冬天周圍的水源會(huì)出現(xiàn)冰凍的情況，則發(fā)電廠的水質(zhì)就會(huì)受到嚴(yán)重的影響，硬度最高可以達(dá)到12mmol/L，堿度則可以達(dá)到24mmol/L，含鹽率也非常高，在工業(yè)生產(chǎn)中這種情況被稱之為“三高水”，是不宜于應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)的。

在每年初夏，部分積雪融化且降雨量增多，該發(fā)電廠的水源水質(zhì)才相對(duì)轉(zhuǎn)好，水質(zhì)中的含鹽率逐漸下降，但水質(zhì)的顯著變化依然使發(fā)電廠的水處理工作面臨著巨大的難題，影響著發(fā)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行，也限制著電滲析水的效果，所以技術(shù)人員需要在電滲析水處理工藝中實(shí)現(xiàn)技術(shù)的突破，才能對(duì)原電滲析水處理系統(tǒng)做出合理的優(yōu)化，解決以往系統(tǒng)中存在的各類問題。

1、原電滲析水處理系統(tǒng)中存在的工藝問題

原電滲析水處理工藝在技術(shù)改進(jìn)之前，處理系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程包括引入水源、加入石灰、澄清池到過濾器，經(jīng)過電滲析器以后再流入一級(jí)鈉離子交換器，之后進(jìn)入二級(jí)鈉離子交換器。冬季的電滲析水處理工藝會(huì)受到石灰與澄清系統(tǒng)的影響，這部分處理過程又會(huì)受到生水溫度及流速的影響，所以冬季的電滲析水處理工藝出水水質(zhì)難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要愛去，而且技術(shù)人員反復(fù)清晰過濾器可能會(huì)導(dǎo)致電滲析器的解體，嚴(yán)重情況下會(huì)威脅到發(fā)電廠的運(yùn)行安全。

工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)的過程中要停止使用石灰與澄清系統(tǒng)，如果技術(shù)直接使用三高水，就會(huì)將電滲析裝置的電極極水區(qū)存在結(jié)垢的問題，或者引發(fā)其他的問題導(dǎo)致整體系統(tǒng)的運(yùn)行效率大幅下降，還可能會(huì)引發(fā)系統(tǒng)不程度的堵塞，因此，技術(shù)人員必須要對(duì)電滲析前置環(huán)節(jié)做好相關(guān)技術(shù)的研究。

圖1 發(fā)電廠

從該發(fā)電廠近七個(gè)月的水質(zhì)壞水期記錄的數(shù)值研究來看，這一階段的水質(zhì)酸堿值處于8.7-9.4之間，水質(zhì)的PSI結(jié)垢指數(shù)可以達(dá)到7.88，最小是6.0，所以技術(shù)人員可以初步判斷該發(fā)電廠的水質(zhì)結(jié)垢屬于不穩(wěn)定型。電滲析器的脫鹽原理是根據(jù)水室變化的特點(diǎn)得出的，會(huì)不可避免的發(fā)生電滲析器的內(nèi)部結(jié)垢情況，技術(shù)人員要優(yōu)化原電滲析水處理工藝，就需要解決結(jié)垢的嚴(yán)重問題，可以選擇在生水中加入適當(dāng)?shù)柠}酸，用于調(diào)整生水的酸堿值，將其控制在8.0的標(biāo)準(zhǔn)之下，能夠完成水中碳酸根離子和氫氧根離子的轉(zhuǎn)化，有效的防止水中電極區(qū)域濃水室部分的結(jié)垢問題。

從該發(fā)電廠的生水月度水質(zhì)變化分析報(bào)告中可以看到，生水的懸浮物與COD質(zhì)量濃度變化處于40-120與8-15的狀態(tài)之間。北方夏季氣溫回升，發(fā)電場(chǎng)周圍的水源解凍，處于魚類繁殖的旺盛期，不免有水生物進(jìn)入到工業(yè)生產(chǎn)的生水處理系統(tǒng)中。在電滲析裝置的設(shè)計(jì)使用規(guī)章中也明確的記錄著，電滲析器的入口水濃度質(zhì)量要控制在3mg/L之內(nèi)，才能維持電滲析器的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 電滲析設(shè)備

電滲析器的前置預(yù)處理設(shè)備中要采用無煙煤的過濾器，搭配石英砂雙層過濾，可以去除生水中大量的微生物及懸浮物，之后生水經(jīng)過高效氣囊組成的纖維過濾器，進(jìn)一步精細(xì)化處理，可以有效的防止水中懸浮雜質(zhì)引發(fā)的堵塞問題。如夏季生水中含有的大量菌類與藻類微生物，技術(shù)人員要對(duì)生水采取必要的滅菌、滅藻處理措施，可以有效防止電滲析裝置的內(nèi)部微生物繁殖問題，減少水室堵塞的情況。技術(shù)人員通過對(duì)電滲析水處理工藝的系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)的論證，可以將制水工藝調(diào)整為冬季加入鹽酸，夏季加入氯氣，生水經(jīng)過雙層床機(jī)械過濾，又通過高效氣囊纖維過濾與精美過濾的一體化處理，進(jìn)入電滲析器之中，通過一級(jí)鈉離子和二級(jí)鈉離子交換器的處理，向水中加入氨氣，成為工業(yè)生產(chǎn)中使用的補(bǔ)給水。

2、電滲析水處理工藝的技術(shù)改進(jìn)措施

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

該發(fā)電廠中的鍋爐總蒸發(fā)量為330t/小時(shí)，而水處理系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的補(bǔ)水率可以達(dá)到5%以上，其他情況下的水損失率為7%，電滲析器的進(jìn)水含鹽量為2400。但原鍋爐允許的補(bǔ)給水含鹽量是在1800以下，很明顯實(shí)際的進(jìn)水并不符合鍋爐的要求，甚至也無法達(dá)到鍋爐規(guī)定的2%的排污率。技術(shù)人員對(duì)電滲析器的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，其中淡化水的出水量要達(dá)到330×（7%+5%）≈40，而水中的鹽平衡計(jì)算脫鹽率要達(dá)到1-1800×2%÷（7%+5%）÷2400≈88%。這兩個(gè)數(shù)值是原電滲析水處理工藝及系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計(jì)依據(jù)，經(jīng)過技術(shù)人員設(shè)計(jì)后的電滲析水處理系統(tǒng)要能夠滿足這兩方面的條件，否則就依然沒有達(dá)到理想的效果。

2.2 選擇電滲析器的部件

技術(shù)人員在優(yōu)化電滲析器時(shí)，要考慮其中的各部分構(gòu)件，包括了隔板、陰陽(yáng)離子交換膜及電極板，其中隔板的組裝方式比較簡(jiǎn)單而且整體工藝的配合性能較好，技術(shù)人員可以采用實(shí)用優(yōu)勢(shì)比較明顯的0.8×400×1600mm無回路式的隔板。選擇陰陽(yáng)離子交換膜時(shí)可以選擇異相膜。同時(shí)技術(shù)人員要成分考慮電滲析器對(duì)電極的耐腐蝕性，于是在優(yōu)化電滲析水處理工藝的過程中選擇了鈦鍍電極，整體的電流可以達(dá)到KGBA125/380.200的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)三相全滿可控的硅整流電流。

由于該發(fā)電廠面臨著三高水的惡劣條件，所以相關(guān)電滲析器的實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)增長(zhǎng)率非常高，平均每1330m的有效流程中，脫鹽率可以達(dá)到45%，最低值為15%。技術(shù)人員選擇了節(jié)水型的設(shè)計(jì)方案，采用三級(jí)兩段體外串聯(lián)的方式，在中間管道進(jìn)行升壓，濃水深處可以利用電滲析處理器完成生水的過濾工作。根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，技術(shù)人員可以發(fā)現(xiàn)三級(jí)四段電滲析器的對(duì)模出水量數(shù)值較高，可以達(dá)到每10對(duì)膜的出水量大于1.2噸，所以優(yōu)化后的電滲析器總膜對(duì)數(shù)所需量為10×40/1.2=330。

圖3 電滲析器

2.3 改進(jìn)電滲析主體的系統(tǒng)技術(shù)

技術(shù)人員要進(jìn)一步提升發(fā)電廠生水的利用效率，對(duì)電滲析的主體系統(tǒng)技術(shù)做出優(yōu)化改進(jìn)，技術(shù)根據(jù)電極極水去的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取了相關(guān)改進(jìn)措施，在保證水流量充足的情況下，取消了常規(guī)設(shè)計(jì)中的極水專供管道及流量計(jì)算情況，實(shí)現(xiàn)附件的連接及區(qū)極水裝置的簡(jiǎn)化與優(yōu)化，連接了相關(guān)實(shí)用性更優(yōu)的附件，包括流量計(jì)算的裝置，使技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行更加方便。在十幾年的實(shí)踐優(yōu)化過程中，原有的電滲析水處理工藝已經(jīng)不再適用于當(dāng)下時(shí)代工業(yè)的生產(chǎn)，經(jīng)過改進(jìn)后的電滲析水處理系統(tǒng)對(duì)原水的利用效率更高，在原有基礎(chǔ)上可以提升8%的利用率。

技術(shù)人員根據(jù)電滲析系統(tǒng)的脫鹽原理，解決了三高水在電滲析體內(nèi)的結(jié)垢問題，尤其是濃水回收的電滲析組結(jié)垢問題更加嚴(yán)重，技術(shù)人員在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了輔助清晰的部分，可以通過化學(xué)清洗的方式，及時(shí)的消除內(nèi)部結(jié)構(gòu)。既可以有效的防止內(nèi)部結(jié)垢物質(zhì)產(chǎn)生，又可以防止離子交換膜發(fā)生鐵中毒的情況，在控制流量及水壓力等方面都可以起到良好的優(yōu)化作用。在電滲析器的入口水壓大于0.28MPa時(shí)，電滲析離子交換膜可能會(huì)出現(xiàn)鐵中毒，此時(shí)的水脫鹽率會(huì)大大下降，運(yùn)行中的鹽酸反清洗裝置會(huì)自動(dòng)對(duì)電滲析本體內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)清洗，消除系統(tǒng)在制水過程中遇到的障礙。

2.4 電滲析水處理工藝改進(jìn)的效果

技術(shù)人員采用了段單體檢修及無極水旁路等方式來改進(jìn)電滲析水處理工藝及相關(guān)裝置，使發(fā)電廠對(duì)生水的利用效率達(dá)到70%，實(shí)際的脫鹽率達(dá)到了87%，全面整合了鍋爐補(bǔ)給水的水處理工藝。技術(shù)人員從以往十幾年的生水處理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)鍋爐的排污率從8%下降為3.4%，而且鍋爐給水管道的運(yùn)行時(shí)間也從7年提升到20年，相關(guān)設(shè)備的腐蝕情況逐漸下降，汽水的損失率越來越小，如今已經(jīng)可以到達(dá)正常值。發(fā)電廠每年的軟化水能夠節(jié)省2.2×100000噸，幫助企業(yè)節(jié)省每年投入的成本200余萬元，使發(fā)電廠的市場(chǎng)前景更好。

圖4 電滲析器原理圖

2.5 電滲析水處理工藝的注意事項(xiàng)

夏季期間的電滲析水前置裝置的反清洗不徹底，可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)處理系統(tǒng)存在大量的菌類與藻類，那么水質(zhì)就會(huì)非常復(fù)雜，技術(shù)人員在聯(lián)合滅菌的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)電滲析入口處殘留的氯氣含量加強(qiáng)控制，其濃度不可超過1.0的標(biāo)準(zhǔn)，否則容易破壞電滲析器的氧化狀態(tài)，導(dǎo)致脫鹽率的降低，或者造成電極腐蝕。處理三高水時(shí)，隨著水溫的上升，水的脫鹽率也會(huì)上升，但是可能導(dǎo)致濃水室存在嚴(yán)重的結(jié)垢情況，而且整體系統(tǒng)的耗電量非常大，技術(shù)人員在這一部分設(shè)計(jì)溫度控制的環(huán)節(jié)，將溫度控制在20℃之下，使倒極的操作時(shí)間在2小時(shí)之內(nèi)。如果是淡水或者濃水的地下水箱電滲析系統(tǒng)，技術(shù)人員要注重各個(gè)流程的電滲析操作程序，避免在處理水的過程中因本體負(fù)壓導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。見圖5

圖5 電滲析器現(xiàn)場(chǎng)圖

結(jié)語(yǔ)：

在我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)中，對(duì)工業(yè)用水的需求越來越大，但從自然界中直接獲取的水資源需要經(jīng)過系統(tǒng)的處理以后才能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，而直接獲取的水資源水質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，所以電滲析水處理工藝的應(yīng)用是非常必要的。但在不同的地理環(huán)境中，水資源的處理要求也不相同，有些地區(qū)中水資源處理難以獲得滿足，技術(shù)人員就需要對(duì)現(xiàn)有的電滲析水處理工藝加以革新，使之可以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展需求，具備更強(qiáng)大的水處理作用，為工業(yè)生產(chǎn)提供更高的水質(zhì)。