古交電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)分析及膜技術(shù)運(yùn)用

張 巖

（西山煤電（集團(tuán)）公司 古交電廠，山西 古交 030200）

1 系統(tǒng)概述

化學(xué)水處理系統(tǒng)為山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司一期2×300MW 亞臨界機(jī)組及二期2×600MW 超臨界機(jī)組補(bǔ)給水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)出力按照240t／h設(shè)計(jì)，其中電廠一期、二期工程設(shè)有的水處理系統(tǒng)出力各為120t／h.該一二期系統(tǒng)所有母管均相連，以滿足全廠補(bǔ)水的需求。系統(tǒng)中雙濾料過濾器、超濾為預(yù)處理設(shè)備，用以保證后續(xù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；一、二級(jí)反滲透（R0）裝置為預(yù)脫鹽設(shè)備，能夠除去水中大部分電解質(zhì)；連續(xù)電除鹽（EDI）裝置為精脫鹽設(shè)備，用以保證出水的水質(zhì)指標(biāo)。該系統(tǒng)采用PLC全自動(dòng)控制，多介質(zhì)過濾器、超濾二級(jí)反滲透（RO）裝置、連續(xù)電除鹽（EDI）裝置以及各種工藝泵均由PLC自動(dòng)操作，由各個(gè)水箱的高低液位或工藝設(shè)備的出水水質(zhì)控制各單元設(shè)備的啟停或切換操作。

2 工藝流程

該系統(tǒng)由預(yù)處理系統(tǒng)（機(jī)械過濾+超濾）、脫鹽系統(tǒng)（兩級(jí)R0+EDI）以及監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)所組成。水源為萬家寨水庫地表水。工藝流程如下：萬家寨原水→汽水混合式加熱器→殺菌劑加藥→雙濾料機(jī)械過濾器→超濾裝置→過濾水箱→過濾水泵→阻垢劑、還原劑→保安過濾器→高壓泵→一級(jí)反滲透（RO）裝置→中間水箱→中間水泵→氫氧化鈉加藥→保安過濾器→高壓泵→二級(jí)反滲透裝置→二級(jí)反滲透水箱→EDI升壓泵→電除鹽保安過濾器→EDI裝置→緩沖水箱→升壓泵→除鹽水箱→除鹽水泵→熱力系統(tǒng)。

3 水處理設(shè)備

3.1 原水的預(yù)處理

天然水或原水供應(yīng)即是原水，其含有大量的金屬鹽類和離子以及雜質(zhì)、微生物、膠體等。因此，在被補(bǔ)給到電廠大型鍋爐前，有必要對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理。原水經(jīng)過除去固體顆粒、澄清、過濾、殺菌等，實(shí)現(xiàn)預(yù)處理。脫鹽處理可以在預(yù)處理過程結(jié)束后開始，以生產(chǎn)質(zhì)量合格成本低的鍋爐補(bǔ)給水。我國長期以來預(yù)處理原水，全部采用機(jī)械過濾器或離子交換柱交換的形式，這需要建立一定占地面積與規(guī)模的過濾系統(tǒng)，以及工作人員的高技術(shù)水平。過濾我國北方自然水中含量最高的鈣離子和鎂離子，必須使用大量的原水，而且為了調(diào)整生產(chǎn)過程產(chǎn)生的pH值，更多的酸性或堿性廢水被排出，不但造成水資源的浪費(fèi)，還增加了單位污水處理成本。但隨著科技的進(jìn)步，該廠始建時(shí)便選擇了原有的石英砂，活性炭過濾系統(tǒng)加超濾裝置，徹底避免使用酸堿，節(jié)約水資源的同時(shí)達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。該廠自投產(chǎn)以來，運(yùn)行時(shí)廠單臺(tái)機(jī)械過濾器產(chǎn)水量50～57t／h，SFP超濾裝置單臺(tái)產(chǎn)水量45～55t／h.

3.2 反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)

3.2.1 原理

水滲透指的是通過半透膜，水可以從稀溶液側(cè)到濃溶液一側(cè)自然流動(dòng)。證明半透膜的鹽滲透特性的存在，就可以使用此功能來排除該溶液中存在的鹽。可以使用和這一特性完全相同的反滲透半透膜，使純水從水中分離。濃水側(cè)加壓，使原水通過膜，這樣膠體物質(zhì)和金屬鹽都主要集中在膜表面，然后原水從膜表面上高速流過沖走濃縮物質(zhì)。通過半透膜過濾，大部分原水中的金屬離子被除去，達(dá)到水純化的目的。然而，反滲透脫鹽的執(zhí)行必須有兩個(gè)基本條件：半透膜滲透需要有能透過水，鹽類卻無法透過的特性。另外，外壓力必須比濃淡水的兩個(gè)腔室之間的滲透壓差大。

3.2.2 滲透膜

膜分為對(duì)稱膜與非對(duì)稱膜兩類。其中，非對(duì)稱膜的應(yīng)用最為廣泛。滲透膜具有方向性即為膜的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。例如，反滲透膜控制脫鹽速率就可以控制水通過致密層流向低壓側(cè)的流量，但當(dāng)多孔層面面向高壓側(cè)時(shí)，便無法達(dá)到預(yù)期的脫鹽率。因此，滲透膜在使用中，其方向性是特別需要注意的。

3.2.3 反滲透裝置

在水處理時(shí)，應(yīng)用反滲透，必須配置反滲透膜、淡水室、濃水室。這3個(gè)只有組合起來，才能有效地執(zhí)行引入高壓鹽水和淡水收集。同時(shí)有進(jìn)水和脫鹽單元出口的除鹽模塊，即為膜元件。該廠設(shè)備在水處理過程中使用符合水處理工藝需要的多個(gè)膜元件的組合，從而使該膜組件升級(jí)為多膜組件的組合物，具有一定單位大小脫鹽模塊的組合，便產(chǎn)生了反滲透裝置。該廠自投產(chǎn)以來正常運(yùn)行時(shí)單套1級(jí)RO反滲透裝置產(chǎn)水量保持在85～90t／h，脫鹽率保持在94%～96%.單套2級(jí)RO反滲透裝置產(chǎn)水量保持在80～85t／h，脫鹽率保持在95%～98%.

3.3 EDI電除鹽系統(tǒng)

鈉、鈣、鎂、氯化物、硝酸鹽、碳酸氫鹽是存在于水中的天然物質(zhì)，由陰離子（帶負(fù)電荷）和陽離子（帶正電荷）組成。通過反滲透處理，離子超過95% ～99%可能被除去。原水還可能包括其它微量元素、氣體（如二氧化碳）和一些較弱的電解質(zhì)，要除去水中的雜質(zhì)，必須脫鹽處理。然而，反滲透法除去這些雜質(zhì)的效果不顯著。所以，除去電解質(zhì)的過程就是EDI除鹽的過程。EDI作用是通過將水的電導(dǎo)，從1MΩ提高到5MΩ來除去鹽類。它的工作原理是離子交換膜可以選擇性地通過離子，其中陰離子交換膜只允許陰離子通過，陽離子不能透過。同理陽離子交換樹脂膜只允許陽離子通過，無法通過陰離子。一對(duì)填充有混合離子交換樹脂的陰離子和陽離子交換膜之間，就是一個(gè)EDI單元。混合離子交換樹脂層即陰離子和陽離子交換樹脂間的空間被稱為淡水室。兩個(gè)EDI單元間的空間被稱為濃水室，濃水室就是一個(gè)陰離子交換膜和一個(gè)陽離子交換膜交替布置，并采用網(wǎng)狀分隔來分隔每個(gè)單元的EDI。在淡水室，離子交換樹脂的陰離子和陽離子分別向正和負(fù)極偏移，在一定的電壓（直流）作用下通過陽離子交換膜和陰離子交換膜到濃水室中，水的離子會(huì)占據(jù)離子交換樹脂的離子發(fā)生電遷移后剩下的空間。這樣為濃水室中的離子交換膜除去金屬離子。通過的水就是合格的軟化水。投產(chǎn)以來正常運(yùn)行時(shí)該廠單套級(jí)EDI裝置產(chǎn)水量保持在55～60t／h，脫鹽率保持在90%左右。

4 化學(xué)水處理中膜技術(shù)的運(yùn)用

膜分離技術(shù)在化學(xué)水處理中近年來才開始使用，與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的水處理方法，鍋爐給水處理存在較多的工藝問題，主要是要過濾—軟化—樹脂分離等一系列分離過程，每個(gè)過程是通過酸、堿對(duì)樹脂再生電子傳輸來實(shí)現(xiàn)性能恢復(fù)，整個(gè)過程產(chǎn)生的pH廢水都需要排放，其工藝較復(fù)雜，不僅需要大量的人力，并且具有一定的技術(shù)難度，需要更大的占地面積和更高的成本才可以實(shí)現(xiàn)。最主要的是其產(chǎn)生的酸性或堿性液體廢物不能滿足現(xiàn)行環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)。采用膜分離技術(shù)可以有效地改良這些技術(shù)缺陷，常規(guī)水處理的弊端將被克服，不僅減少了占地面積，而且節(jié)約了人力，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備也較少，控制全過程都是自動(dòng)化的，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，最重要的是沒有酸堿處理后的廢水排放，對(duì)環(huán)境的污染是最小的，有效地保證了水的質(zhì)量。

5 結(jié) 論

發(fā)電廠中的熱力設(shè)備在運(yùn)行過程中所需要的補(bǔ)給水只有經(jīng)過化學(xué)處理后才能補(bǔ)充入鍋爐，從而防止熱力機(jī)械設(shè)備發(fā)生結(jié)垢、腐蝕和其他情況，避免由于水質(zhì)的不合格而發(fā)生爆管和停機(jī)事故，所以為了保證電廠運(yùn)行中的可靠和安全性，必須對(duì)化學(xué)水處理設(shè)備從原理上有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)。

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