膜技術在電廠水處理中的應用

河南省電力勘測設計院

摘要：膜技術是一項具有巨大潛力的實用性技術，反滲透技術的核心是反滲透膜，這是一種用高分子材料制成的、具有選擇性半透性質的薄膜。文章介紹了反滲透、電除鹽、納濾、超濾、微濾等膜技術目前在我國電廠水處理中的應用情況，以及發展前景。

關鍵詞：膜技術；電廠水處理；應用

目前膜技術已在世界范圍引起人們重視和廣泛應用。在水處理中，膜技術通常是指反滲透（RO）、納濾（NF）、超濾（UF）、微濾（MF）和電除鹽（EDI）等技術。膜技術不需酸、堿，操作方便，出水水質好，性能穩定，至今反滲透技術已在我國北方及東南沿海電廠被廣泛應用，也用于解決缺水地區的節水問題。反滲透技術的核心是反滲透膜，這是一種用高分子材料制成的、具有選擇性半透和某些組分選擇性透過，從而達到純化、分離或濃縮的目的。

1 反滲透和電除鹽

在各工業行業中，電力工業鍋爐用水的純水處理是規模最大的，水質要求也很高，技術歷史也最久，見表1。

在這種工業需求的推動下，電力工業的純水處理技術一直受到高度重視。回顧純水制備技術的發展歷史，大致可以分為以下幾個階段：⑴采用蒸餾方法制備蒸餾水：蒸餾技術的進一步發展就是閃蒸，目前仍然有人采用這種方法制備純水，其制備的純水，水質大約是電導率1-10μs/cm；對于高參數鍋爐來講，這種水質不能滿足要求，還需進一步采用離子交換方法處理。⑵采用離子交換方法制備純水：隨著化學工業的發展和離子交換技術的完善，逐步采用離子交換方法制備純水。國外是從20世紀50-60年代開始的，國內是在20世紀60-70年代開始的。離子交換法可以制備純度極高的水質，這也是目前國內發電廠廣泛采用的純水制備方法。采用的系統是陽床-陰床-混床，在這里我們稱它為早期純水制備方法。

⑶采用反滲透和離子交換相結合的方法制備純水，早期的離子交換純水制備技術，它的缺點就是需要酸堿再生，且有酸堿性廢液排放，操作麻煩。當反滲透技術出現時，采用反滲透制備純水的技術就受到廣泛重視，但是由于反滲透出水電導率達10-50μs/cm，無法滿足高參數鍋爐需要，就需要采用RO -混床（或RO-陽床-陰床-混床）系統，即把反滲透和離子交換結合起來，我們稱之為過渡時期的純水制備技術。目前電力工業使用的反滲透幾乎全部都是這種工藝。這種工藝仍未完全拋棄離子交換工藝方式，只不過是用RO來大大降低離子交換系統進水含鹽量，以延長離子交換周期，減少酸堿用量，減少排放，減少操作。⑷采用全膜工藝制備純水 預見未來的發電廠純水制造工藝應該是全膜工藝，即俗稱的三膜處理工藝（超濾UF-RO–EDI）。這種工藝不再需要離子交換，可避免離子交換的缺點，它的出水水質可以達到混床出水水質，不需要酸堿再生，無廢液排放，自動化程度較高。

在全膜處理的純水技術中，反滲透已經成熟，關鍵是EDI，它稱為電除鹽或填充床電滲析，或連續電除鹽，或E-CELL[1]。EDI實際上是在傳統的電滲析淡水室（包括濃水室）中充填陰陽混合樹脂，利用樹脂去除進水中微量離子，從而使出水電導率下降，出水水質提高，該樹脂不需要酸堿再生，而是通過電滲析極化時水解離產生的H+和OH-對樹脂進行再生，再生產物進入濃水室排放，因此，它的工作過程是自動的，操作很少[2]。

EDI通常被制成模塊式，每件模塊的處理出力很小，比如Electropure公司的EDI單件出力為0.17，0.34，0.91，1.6，2.28，3.42，4.56，9.06m3/h，GE公司E-CELL單件出力為5，15，18gpm（1.14，3.4，4.08m=/h）[3]。當處理水量大時，就將多個單模塊并聯使用.目前已有多臺達到幾百m3/h的設備在運行（最大可達13 900 m3/h）。圖1為處理量為41和82m3/h的EDI。

圖1 GE公司的E-CELL 裝置

EDI出水水質可以達到混床水質，可以滿足鍋爐用水和電子工業用水的要求。某EDI的出水

水質列于表3和圖2。

2 超濾

超濾也是壓力型驅動膜，但它分離原理與反滲透膜不同，它基本上屬于多孔膜上的機械截留，分離范圍為大分子物質、病毒、膠體等，表征它分離性能的指標通常用截留分子量來表示，如截留分子量為10萬，表示水中分子量大于10萬的物質基本上都無法透過膜，被截留在膜面[4]。目前，超濾在電廠水處理中的應用尚未廣泛開發，但它是具有使用前途很廣的膜品種之一。

2.1 用作反滲透進水前處理

反滲透使用中的一個關鍵問題是它的進水水質必須符合要求，否則膜很快被污染，這會大大影響膜的使用壽命，進水水質中一個關鍵的指標是水中顆粒狀物和膠體含量，通常用SDI表示[5]。SDI是水通過0.45μm濾膜后，反映水中微粒對濾膜污堵情況的指標，反滲透要求進水SDI<4-5。目前一般常規的混凝、澄清、過濾水處理工藝很難達到這種指標，如果原水是水庫水、高有機物含量水，則更困難。如果用超濾對反滲透進水進行處理，由于超濾膜孔徑更小（例如截留分子量10萬的膜孔徑大約0.01μm），它可以有效地將水中膠體去除，確保所處理水的SDI<1，遠遠低于反滲透進水要求，保證反滲透安全運行，延長其壽命。目前國內將超濾作為反滲透前處理手段，在發電廠內僅山東十里泉電廠一家，該廠使用河邊淺井水作水源，原水預處理工藝設計簡單，不能滿足反滲透要求，于2001年春投運超濾水處理裝置（超濾膜截留分子量為2萬），經一年多運行表明，超濾裝置出水水質穩定，完全達到反滲透進水水質標準要求，確保反滲透運行正常。

3 納濾與微濾

3.1 納濾

納濾又稱松散型反滲透，它和反滲透一樣，可去除水中離子和有機物，但其對二價離子去除率高（95%以上），對一價離子去除率低（40%-80%）。納濾的這一性能決定了它的用途，目前一般在生活飲用水處理上代替反滲透，它有保留一定礦物質又能去除有機物的優點。在發電廠水處理中，人們較多關注的是它用作循環冷卻水處理，去除硬度以防垢，以及用于循環冷卻水排水的回收利用。但是由于投資費用高，目前尚無人使用，在發電廠補給水的純水處理中，納濾不如反滲透優越，除非它的價格大大低于反滲透，否則應用的可能性不大。在電廠生活飲用純水處理上，納濾比反滲透優越，有應用前途，其實，納濾的這種特殊性能，還可用來解決發電廠生產中的其他問題，比如它對有機物去除率高，可用于發電廠非經常性難處理有機廢水的一次性處理等，可惜這些方面工作尚未開展。

3.2 微濾

微濾是指濾除水中0.1μm以上顆粒的膜過濾。它在電子工業純水處理中用作終端處理，去除水中顆粒狀物，目前發電廠對純水中顆粒狀物要求不高，所以應用較少，將來在超超臨界機組補給水處理上可能有所應用。但微濾良好的分離性能，在電廠水處理中仍有許多地方可以應用。比如，在大機組凝結水中的金屬腐蝕產物（氧化鐵）顆粒，有人檢測，其粒徑大部分在5-10μm，可以用微濾予以去除，這是凝結水過濾除鐵的一種形式。類似裝置已有使用，但目前所用微孔濾膜的孔徑較大，還有人用0.45μm 濾膜濾除凝結水（或給水）中的鐵，濾除率達98%，因此，如果用0.45μm濾膜進行微孔過濾，除鐵效果更好。再比如，某廠曾在發電機冷卻水系