能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展下的發(fā)電廠反滲透膜化學(xué)廢水處理裝置研究

陳雷昊天

（國能徐州發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

隨著近年來社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展與人民生活水平的持續(xù)提升，社會(huì)生產(chǎn)生活對于電力的需求也不斷增加，電能的穩(wěn)定供應(yīng)成為了社會(huì)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障之一。電廠作為電能供應(yīng)的主要來源，其在發(fā)電過程中的用水品質(zhì)高低與電能穩(wěn)定供應(yīng)之間存在著緊密的關(guān)系。一旦低質(zhì)量用水中的雜質(zhì)等有害物質(zhì)通過用水循環(huán)系統(tǒng)造成熱力設(shè)備的損壞，那么將會(huì)直接對發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益造成嚴(yán)重影響[1-2]。除此之外，一旦水中的雜質(zhì)等物質(zhì)與鍋爐內(nèi)的物質(zhì)形成化學(xué)反應(yīng)，造成發(fā)電設(shè)備主線諸如設(shè)備腐蝕、設(shè)備長期結(jié)垢等現(xiàn)象，更有可能引發(fā)諸如爆管等發(fā)電廠安全性事故，對發(fā)電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與員工生命安全形成威脅[3]。有鑒于此，本次研究針對發(fā)電廠化學(xué)水處理問題提出了一套基于反滲透膜處理的廢水處理技術(shù)，為發(fā)電廠化學(xué)水處理提供理論支持。

1 電廠化學(xué)水處理標(biāo)準(zhǔn)

電廠化學(xué)水處理標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》，對電廠用水的各項(xiàng)液體指標(biāo)都有嚴(yán)格的處理判定，具體如表1 所示。

表1 化學(xué)水處理標(biāo)準(zhǔn)

由表1 可知，若在水循環(huán)過程中的水體的pH 值相對較低，那么水體將會(huì)對發(fā)電廠的裝置鋼材料產(chǎn)生一定腐蝕性，而如果水體的pH 值相對較高，那么水體中含有的氫氧化鈉會(huì)形成堿性腐蝕等問題，因此在進(jìn)行電廠化學(xué)水處理時(shí)，應(yīng)將水體的pH 值保持在適宜狀態(tài)，這樣更加方便在化學(xué)廢水過濾循環(huán)時(shí)釋出水渣。另外，發(fā)電廠化學(xué)水的總體含鹽量與導(dǎo)電率都會(huì)對發(fā)電廠裝置的運(yùn)行狀況造成一定影響，將諸如水體氯離子、磷酸根等維持在適當(dāng)水平有利于避免水體循環(huán)過程中的腐蝕與結(jié)垢。

2 發(fā)電廠反滲透膜化學(xué)廢水處理裝置與使用流程

2.1 預(yù)處理步驟

預(yù)處理是反滲透膜化學(xué)廢水處理裝置的至關(guān)重要的第一步，它能夠有效地去除廢水中的大部分固體和其他懸浮物，以免阻塞反滲透膜，從而延長了膜的使用壽命。預(yù)處理的目標(biāo)是提高反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。預(yù)處理通常由多個(gè)步驟組成，具體步驟會(huì)因?yàn)榛瘜W(xué)廢水的成分和來源的不同而有所區(qū)別。首先，發(fā)電廠的化學(xué)廢水需要經(jīng)過粗粒預(yù)處理，主要用來去除廢水中較大或較重的顆粒和固體。常見的粗粒預(yù)處理方法有影響力籠、旋轉(zhuǎn)鼓過濾器、篩網(wǎng)和沉降池等。這個(gè)步驟有助于防止大顆粒物體阻塞下游的過濾和膜分離設(shè)備。接下來，廢水將進(jìn)入凝結(jié)處理步驟。凝結(jié)過程的主要目的是使細(xì)小的懸浮物和顆粒團(tuán)聚成大的凝結(jié)體，使其更易于通過沉降、過濾等方法去除。該過程通常需要添加凝結(jié)劑，如無機(jī)鹽（鐵鹽和鋁鹽）或有機(jī)高分子物質(zhì)。然后，廢水需要進(jìn)行酸堿度（pH）調(diào)整以到達(dá)反滲透膜能正常工作的pH 值。這通常通過添加酸或堿一類的化學(xué)藥劑來達(dá)到。不同的反滲透膜需要不同的操作pH 范圍，一般在6～8 之間。接著，廢水將進(jìn)入微粒過濾步驟。在這里，多孔的過濾介質(zhì)被用來截留顆粒，主要用來進(jìn)一步去除大顆粒物和懸浮物，常見的過濾方法有袋式過濾器、旋流分離器以及壓力過濾器等。最后，廢水會(huì)通過軟化處理步驟進(jìn)行除硬，這通常通過離子交換，濾料吸附或膜分離的方式來去除廢水中的指示硬度離子（如鈣，鎂）。這些硬度離子可能會(huì)在反滲透膜上形成結(jié)垢，影響膜的性能和使用壽命。預(yù)處理不僅可以保護(hù)反滲透膜，減少膜的清洗頻率，延長膜的使用壽命，還可以提高廢水的處理效果，降低整個(gè)廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本。因此，發(fā)電廠反滲透膜化學(xué)廢水處理裝置中的預(yù)處理步驟起著非常重要的作用。當(dāng)然，選擇何種預(yù)處理策略，要結(jié)合具體的應(yīng)用場景和廢水成分進(jìn)行評估確定。

2.2 反滲透技術(shù)

對于發(fā)電廠廢水處理，預(yù)處理步驟之后的關(guān)鍵環(huán)節(jié)即為反滲透技術(shù)的設(shè)計(jì)。反滲透技術(shù)是一種高效的膜分離技術(shù)，已在全球廣泛應(yīng)用于水質(zhì)處理和純水產(chǎn)生。采用反滲透技術(shù)處理廢水，不僅可以實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的水回用，更實(shí)質(zhì)性地改善了環(huán)境污染問題。

在設(shè)計(jì)反滲透工序時(shí)，首先需要考慮的是反滲透膜的選擇。反滲透膜的種類、性能和質(zhì)量直接決定了反滲透系統(tǒng)的處理效率及運(yùn)行成本。需要選擇低污染、高排污、高回收率的反滲透膜，以確保設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行。其中，最常用的是聚酰胺膜，因其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的脫鹽性能。

反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還需要考慮設(shè)備配置。一般的配置包括預(yù)處理單元，如沉淀池、過濾器等，高壓泵，反滲透單元和清洗單元等。其中，關(guān)鍵設(shè)備的位置、順序、規(guī)模等都需要詳細(xì)規(guī)劃。例如，反滲透設(shè)備前應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)念A(yù)處理設(shè)施以保護(hù)反滲透膜，以延長其使用壽命。為了提升反滲透系統(tǒng)的處理效果和運(yùn)行效率，研究充分利用了脈沖流技術(shù)。該方法即利用周期性的壓力波動(dòng)使得廢水在膜面上產(chǎn)生渦旋，有效降低了膜面污染，改善了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

其次，研究采用了二級(jí)反滲透工藝，在一級(jí)反滲透處理過濾不完全的高濃度污染物，再通過二級(jí)反滲透進(jìn)一步過濾，極大提高了廢水的處理效果。對于處理后的濃鹽水，研究采用高效能濃鹽水回收設(shè)備進(jìn)行處理，能夠有效回收濃鹽水中的水和鹽，節(jié)約了處理成本，加強(qiáng)了可持續(xù)發(fā)展。此外，對于設(shè)備管理，還需引入智能化模型進(jìn)行監(jiān)測、調(diào)節(jié)和優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過安裝傳感器，監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行情況，并以此實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的即時(shí)調(diào)整，以提高設(shè)備運(yùn)行效率。

最后，充分考慮設(shè)備布局優(yōu)化問題，采用最小化設(shè)施占地面積的設(shè)計(jì)，能夠節(jié)約場地，減少對環(huán)境的影響。結(jié)合以上元素設(shè)計(jì)而成的反滲透步驟不僅有著優(yōu)越的廢水處理性能，也具備了高效、節(jié)能、環(huán)保等一系列優(yōu)勢，在實(shí)現(xiàn)廢水處理的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境資源的有效保護(hù)。

2.3 反滲透清洗

反滲透作為一項(xiàng)成熟且被廣泛接受的技術(shù)，其應(yīng)用成功與否主要取決于其維護(hù)，特別是清洗的過程。對于發(fā)電廠來講，反滲透清洗設(shè)備是必不可少的清洗步驟，它可以高效地去除膜表面的污染物，防止膜表面的膜堵和膜污染。在反滲透系統(tǒng)中，水中的微小顆粒物質(zhì)可附著在膜的表層，尤其是在反滲透膜的排水側(cè)，這些顆粒物質(zhì)可能會(huì)阻塞反滲透裝置的作用，降低其排除鹽分的效果和穩(wěn)定出水的效果。微小顆粒物質(zhì)和水中的有機(jī)污染物是反滲透膜清洗的兩大難題。

為了解決這兩大難題，研究對反滲透清洗設(shè)備進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。首先，采用了高頻震動(dòng)清洗技術(shù)，它利用高頻震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械力清除塵埃顆粒和有機(jī)污染物。不用添加任何化學(xué)清洗劑，避免了二次污染，這對環(huán)保型發(fā)電廠來說具有重要的意義。其次，設(shè)計(jì)了高效清洗劑循環(huán)系統(tǒng)，它可以將清洗劑高效地循環(huán)使用，充分發(fā)揮清洗劑的作用，極大地節(jié)約了清洗過程中的清洗劑使用量。此外，為了保證清洗效果，還可以采用自動(dòng)化清洗系統(tǒng)，它可以根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整清洗參數(shù)，包括清洗的時(shí)間、清洗劑的濃度等，充分發(fā)揮清洗劑的作用，保證清洗效果。自動(dòng)化清洗系統(tǒng)還具有清洗周期提醒功能，能夠定時(shí)提醒操作員進(jìn)行清洗，減少了人為的疏忽導(dǎo)致的清洗效果不佳。以自動(dòng)化的流程進(jìn)行反滲透清洗。這一流程包括初步清洗，深入清洗以及后處理。初步清洗主要針對表面積大的顆粒雜質(zhì)，深入清洗則是用于清洗膜孔內(nèi)部的更難以去除的雜質(zhì)，后處理則是為了恢復(fù)膜的性能，保證清洗后的反滲透膜能夠重新投入使用。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了對雜質(zhì)的全方位、深度清洗，更實(shí)現(xiàn)了清洗后的即刻復(fù)工，大幅提升了設(shè)備的長期運(yùn)行效率。

另外，傳統(tǒng)的清洗溶液往往采用一種通用型的配方，但由于不同的污染物和工況需要不同的清洗方式，這無疑降低了清洗效果。因此，通過對各類雜質(zhì)的深入研究，成功合成出更具針對性的清洗溶液。這些溶液可以針對特定的污染物或工況，實(shí)現(xiàn)高效清洗。同時(shí)，由于增強(qiáng)了清洗溶液的效果，降低了溶液的使用量，實(shí)現(xiàn)了同樣的清洗效果，但對環(huán)境的影響則更小。

為了提升清洗監(jiān)控效果，還需要引入目視檢測系統(tǒng)，操作員可以通過這個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控清洗過程，查看膜的清洗情況，從而及時(shí)調(diào)整清洗參數(shù)，保證清洗效果。通過目視監(jiān)控系統(tǒng)，還可以發(fā)現(xiàn)反滲透膜的破損和磨損情況，以預(yù)防和處理可能出現(xiàn)的故障，該方法可以充分提升反滲透清洗的效率和效果，降低維護(hù)成本，確保反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為發(fā)電廠提供持續(xù)穩(wěn)定的反滲透處理效果，實(shí)現(xiàn)化學(xué)廢水的高效處理。

3 結(jié)論

研究針對可持續(xù)發(fā)展下發(fā)電廠內(nèi)部水體循環(huán)過程中的化學(xué)廢水處理問題，設(shè)計(jì)了一種基于反滲透膜技術(shù)的發(fā)電廠內(nèi)部水循環(huán)化學(xué)廢水處理裝置。該裝置通過水體預(yù)處理、反滲透過濾與反滲透清洗三個(gè)主要步驟實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠內(nèi)部水循環(huán)過程中的廢水處理，減少化學(xué)廢水中的有害雜質(zhì)對于發(fā)電廠內(nèi)循環(huán)設(shè)備的損壞。同時(shí)研究針對反滲透化學(xué)水處理裝置進(jìn)行了一定設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了針對不同污染物質(zhì)的清洗環(huán)境和清洗試劑針對化，進(jìn)而達(dá)到更佳的清洗效果。在保證發(fā)電廠內(nèi)部設(shè)備安全性的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)對清洗裝置自身的反向自清潔，為發(fā)電廠內(nèi)存換化學(xué)廢水處理提供一種新的技術(shù)性思路。