膜分離技術在電廠鍋爐補給水中的應用

徐明德,朱秋麗

(太原理工大學環境科學與工程學院,山西太原 030024)

膜分離技術在電廠鍋爐補給水中的應用

徐明德,朱秋麗

(太原理工大學環境科學與工程學院,山西太原 030024)

介紹了膜分離技術如超濾、反滲透、電除鹽的原理及在電廠中的使用情況,并以大同某電廠為例介紹了最新的全膜分離工藝在實際中的應用效果。指出膜技術在使用過程中不用酸堿再生,避免了傳統的離子交換技術有大量的酸堿廢液排放,是今后電廠水處理的方向。

電廠水處理;超濾;反滲透;電除鹽

0 引言

電廠鍋爐補給水傳統的制備工藝是:原水→預處理→陰陽床一級除鹽→混床深度除鹽→鍋爐補給水[1]。預處理主要是采用機械方法如混凝、沉淀、過濾去除水中懸浮性及膠體類雜質,陰陽床、混床主要是采用離子交換技術進行水的除鹽處理,以滿足鍋爐對補給水的要求。

由于離子交換過程中需對交換樹脂進行酸堿再生處理,所以有酸堿污染廢液的排放,會對環境造成污染[2]。同時,原水水質惡化會引起離子交換樹脂再生周期縮短,致使用藥量增多,增加了水處理的成本,因此對電廠水處理技術提出了更高的要求。隨著膜分離技術的成熟和廣泛應用,電廠鍋爐補給水處理越來越多地采用了膜分離技術。

1 膜分離技術

膜分離是通過膜對混合物中各組分的選擇滲透作用的差異,以外界能量或化學電位差為推動力,對雙組分或多組分混合物的氣體或液體進行分離、分級、提純和富集的方法[3]。膜分離技術是一大類技術的總稱,主要包括超濾、滲析、電滲析、納濾、反滲透、電去離子、氣體擴散等。在電廠鍋爐補給水主要用到了超濾、反滲透、電除鹽等技術。

1.1 超濾

超濾 UF(Utrafiltration)是以壓力差為推動力的膜分離過程。超濾膜的截留粒子粒徑為(0.005～10)μ m。超濾膜多數為非對稱膜,由一層極薄具有一定孔徑的表皮層和一層較厚具有海綿狀或枝狀結構的多孔層組成[4]。

超濾在電廠鍋爐補給水系統中主要是作為反滲透的預處理過程,由于反滲透對進水水質的要求較高,其中一個關鍵的指標是水中顆粒物和膠體含量,稱之為淤泥密度指數,通常用SDI表示。火力發電廠化學技術規程規定:對于復合膜要求SDI＜5,近年來趨于SDI＜3。目前一般的常規預處理如混凝、澄清、過濾、活性炭處理系統很難達到其要求,會造成膜很快被污染,大大影響膜的使用壽命,而超濾的出水則能滿足反滲透對進水水質的要求。

1.2 反滲透

反滲透 RO(Reverse Osmosis)是一種借助壓力促使水分子反向滲透,以濃縮溶液或廢水的方法。反滲透膜的種類很多,目前應用較廣的是醋酸纖維素膜和芳香族聚酰胺膜[5]。

電力行業中要求鍋爐補給水的硬度小于5 μ mol/L,電導率小于0.2 μ S/cm,二氧化硅質量濃度小于0.02 mg/L,但是由于反滲透出水電導率通常在 (10～50)μ S/cm,因此目前主要應用于電力行業鍋爐補給水的預脫鹽 (一級脫鹽)[6]。

國內目前應用反滲透裝置進行水處理的電廠已有幾十個,并且隨著反滲透設備投資費用的降低,以及反滲透低壓膜、超低壓膜的使用,反滲透的投資成本和運行成本都有所降低,其應用也就越來越廣[7]。

1.3 電除鹽

電除鹽EDI(Electrodeionization)技術是依靠電場作用去除水中的無機離子,是近年來出現的一項新的純水制備技術,可連續運行,所以也可稱之為連續電去離子技術CDI或EDI[8]。

EDI在電廠中主要是作為精脫鹽裝置,EDI對水質的要求也很嚴格,最適合它的進水就是反滲透的出水[9]。在電廠中的工藝一般是RO+EDI,用EDI取代混床來生產高純水,不用大量更換樹脂,占地空間小,省略了混床和再生裝置;產水連續穩定,出水質量高 (而混床在樹脂臨近失效時水質會變差)運行費用低,再生只耗電,不用酸堿,節省材料費用;沒有酸堿廢水排放,環保效益顯著,增加了操作的安全性。

2 膜技術在工程中的應用

山西大同某熱電聯產項目裝機容量2×135 MW火電抽凝機組,高溫高壓循環流化床鍋爐,鍋爐補給水處理系統采用了預處理 (機械過濾+超濾)+兩級反滲透+電除鹽工藝。系統總出水:2×34 m3/h。

2.1 原水水源

原水水源為大同西郊污水處理廠處理后的中水,其水質見表1。

表1 污水處理后的中水水質

2.2 預處理系統(機械過濾+超濾)

預處理系統主要包括機械過濾、多介質過濾器、超濾裝置和活性炭過濾器。其原水加藥后在管道內靜態混合,然后進入廠區機械加速澄清池混凝、澄清后,進入廠區綜合水池。

多介質過濾器是利用石英、無煙煤兩種濾料去除原水中的懸浮物。該廠使用的雙層濾料是在過濾層上部放置較輕的大顆粒無煙煤,下部為大比重的小顆粒石英砂。過濾器數量為 3臺,規格φ 3 200 mm。由于運行摩擦、反洗沖跑,填料層會逐漸減少。需要通過觀察孔監視填料的變化,大約半年會降低100～200 mm左右,此時需要進行添加濾料。

超濾裝置由4套SFP-26系列膜組件組成,其超濾膜材質為聚偏氟乙烯的中空纖維,整個組件由殼體、管板、端蓋、導流網、中心管及中空纖維組成,其膜組件是歐美公司為滿足大多數RO前處理以及中水回用處理的需要而特別開發的。以高通量、高品質的外壓中空纖維膜為基礎,并根據其主要用途進行了結構改進,以適應較高的進水濁度。

由于該廠使用的原水為污水廠處理后的中水,雖然污水廠對水進行了混凝澄清過濾處理,但有機物仍然偏高(CODcr大約40 mg/L左右,CODcr是指水體中能被氧化的物質在一定條件下被氧化時所消耗的氧的量),經多介質和超濾過濾處理后,仍不能滿足反滲透裝置進水的要求,故增加活性碳過濾器以去除水中有機物。

2.3 反滲透系統(兩級)

一級反滲透系統由3套RO裝置、1套清洗裝置組成。其中2套反滲透裝置布置在1個滑架上,每套出力為42.2 m3/h,采用一級兩段式,6∶3排列。另一套反滲透裝置布置在1個滑架上,出力為80.1 m3/h,采用一級兩段式,11∶6排列。反滲透膜采用東麗公司的TM720-400型抗污染高脫鹽率低壓復合膜。系統水回收率大于75%,脫鹽率大于97%(3年內)。

二級反滲透系統有2套RO裝置,布置在1個滑架上,每套出力為36 m3/h,采用一級二段式,3∶2方式排列。反滲透膜采用東麗公司的TM720-400型高脫鹽率低壓復合膜。系統水回收率85%,脫鹽率大于95%(3年內)。

2.4 電除鹽系統

整個裝置由 2套 EDI膜組件組成,型號為EDI210(18支/套)。出力Q=34 m3/h,水利用率80%～90%。

2.5 出水水質

本項目經過3年的運行,其出水水質 (檢測結果見表2)電導率＜0.062 5 μ S/cm,二氧化硅平均質量濃度為6 μ g/L,硬度基本接近于0 μ mol/L,其出水水質能達到高壓鍋爐給水水質要求。

表2 EDI出水水質

3 結束語

膜分離技術具有出水水質穩定、連續生產、不用酸堿、不污染環境、占地面積小、運行經濟等優點,相信隨著膜成本的下降和國家對環保要求的提高,膜技術會越來越多地應用于電廠的水處理。

[1] 卞衛華.膜技術在電廠水處理中的應用 [J].能源工程,2005(3):42-44.

[2] 房海闊,魏洪軍.電去離子 (EDI)技術在熱電廠水處理中的應用 [J].凈水技術,2002,21(2):17-19.

[3] 王雪梅.淺談膜分離技術在水處理中的應用[J].呂梁高等專科學校學報,2008,24(2):54-56.

[4] 任佶.反滲透技術在熱電廠中水回用系統中的應用 [D].大連:大連理工大學,2007:10.

[5] 謝春生,張小平,黃瑞敏.反滲透技術及其在我國電廠的應用和發展趨勢 [J].熱力發電,2006(7):7-10.

[6] 梁軒平.反滲透技術在電廠脫鹽水系統中的應用 [J].冶金動力,2003(4):45-47.

[7] 周正立.反滲透水處理應用技術及膜水處理劑[M].北京:化學工業出版社,2005:1-68.

[8] 張建國,羅凱.膜技術在處理重金屬廢水中的應用[J].礦業工程,2004,2(5):52-55.

[9] 張志前,樊永勝.反滲透水處理技術在熱電廠補給水系統中的應用探究 [J].科技情報開發與經濟,2008,18(22):137-139.

Application of Membrane Separation Technology in Boiler Feedwater Treatment of Power Plants

XU Ming-de,ZHU Qiu-li
(College of Environmental Science and Engineering,
Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China)

This article introduces the membrane separation technology,including the principles of ultra filtration,reverse osmosis and EDI,and their service conditions in the power plants.Taking a power plant in Datong as an example,the effects of the newest entire membrane separation craft in reality are stated.It is pointed out that the membrane technology would be a better choice for water treatment of power plants in the future,because it does not use the acid and alkali regeneration,therefore,compared with traditional technique of ionic exchange,it avoids massive discharge of acid and alkali waste fluid.

power plant water treatment;ultra filtration;reverse osmosis;EDI

TU991.2

A

1671-0320(2010)04-0040-03

2010-01-10,

2010-05-24

徐明德 (1958-),男,山西應縣人,2006年畢業于同濟大學環境工程專業 ,博士,教授,從事環境工程研究教學;

朱秋麗 (1972-),女,山西懷仁人,2007級太原理工大學環境科學與工程學院在讀碩士,工程師,研究方向為水污染控制與監測。