電滲析技術處理火電廠廢水應用

張倩

關鍵詞：電滲析;火電廠;廢水處理

1ED的原理和性能

近些年來，ED技術逐漸在廢水處理及零排放工藝中展現出獨特的優勢。ED系統主要由電極、離子交換膜、隔板、輔助墊片等組成，并被液壓裝置壓緊在機架上。含鹽水經過循環泵進入ED膜堆，并通過隔板將鹽水分布在各個淡水室，在兩極板的強電場作用下，鹽水中的陰陽離子發生定向移動，陰離子穿過陰離子交換膜遷移到濃室，繼續遷移時受到陽離子交換膜的阻擋而停留在濃室，陽離子亦然。隨著離子的遷移，濃水室的含鹽量越來越大，淡水室的含鹽量越來越小，達到出水條件后在各自水箱中溢流排出。評價ED最直觀的性能在于淡水回收率、電流效率、脫鹽能力和使用壽命等因素。除了自然條件外，進出水流速和模式、離子含量和種類、電流密度和離子交換膜的性質等，均深深影響著ED設備的性能。

由于離子在離子交換膜中的傳質速率遠大于在水中，因此隨著電流密度的不斷升高，膜兩側會出現濃差極化現象，導致能耗的增加及膜破壞的可能，因此工作電流密度應在極限電流密度之下。MENG等研究表明，膜堆的最大工作電流密度應處于極限電流密度的70%～80%。離子交換膜是ED最核心的部分，幾乎決定著ED系統的性能。李麗等實驗對比了中外5家生產商制備的離子交換膜除鹽性能，結果表明，其中AGC傳質性能較好、能耗較低，應用于純鹽濃縮工藝更占優勢。

2ED在火電廠水處理中的應用

除了應用于海水淡化及海水制鹽外，ED還廣泛用于火電廠的水處理工藝中。自上世紀70年代起，ED常用于鍋爐補給水的脫鹽處理中，如上海崇明發電廠、吳淞發電所和保定石油化工電廠等。運行結果顯示ED脫鹽效果較好，水回收率較高，大大地減輕了離子交換系統的負擔。但是限于當時技術的不成熟如膜易破損、出現黃水、易結垢和除硅效果差等，以及反滲透在脫鹽處理中的迅速成熟，ED在工業水處理中未能大量使用。據BURN等統計，截止到2015年，在全球水脫鹽處理總容量中，反滲透技術約占65%，多級閃蒸占21%，而ED僅占3%。但是近些年來，隨著ED技術的不斷研究和優化，在火電廠水處理中也得到更多的研究和應用。陳文婷等通過中試研究了頻繁倒極電滲析處理電廠循環水排污水（硬度739mg/L，電導率3.039mS/cm），結果表明，在產水率高于80%的前提下，脫鹽率大于80%，出水水質優于循環水回用水質標準，能耗為1.93kW·h/t。謝春玲等通過中試驗證了雙膜法-ED組合的工藝處理循環水排污水的可行性，通過ED處理RO濃水，淡水回至RO進水，系統總回收率高達96.1%。

目前，ED在火電廠水處理中最成熟的應用是與離子交換法結合成電去離子技術，其有機結合了ED與離子交換的特點，具有除鹽率高、無需化學藥劑再生、自動化程度高、運行成本低等優勢，廣泛應用于鍋爐補給水、凝結水精處理等系統的深度除鹽工藝中。然而，EDI至今在超純水制備中仍占據較小份額，傳統的離子交換樹脂法市場比例仍接近于90%，相應的市場規模仍然需求巨大。近幾年來，隨著火電廠脫硫廢水等末端高鹽廢水零排放的不斷推進，形成了以“預處理-濃縮減量-結晶蒸發”為主的零排放水處理工藝。脫硫廢水水質波動大，硬度大、懸浮物和鹽含量高且復雜，處理困難。電廠普遍采用三聯箱技術、雙堿法等預處理技術，后續常采用管式微濾膜和中空纖維超濾等進一步除硬和除濁。濃縮減量技術是廢水零排放工藝的關鍵所在，關乎著零排放系統的工藝、投資和運行。濃縮減量技術可分為熱法和膜法，熱法主要包括機械蒸汽再壓縮（MVR）、低溫多效蒸發（LT-MED）和多級閃蒸（MSF）等，膜法主要包括高壓反滲透膜（SWRO）、碟管式反滲透膜（DTRO）、正滲透（FO）和ED等。較多研究者如AMSHAWEE、YAQUB和韋鋒濤等對比了各種濃縮減量技術的優缺點及能耗，總結如表1。

由表1可知，熱法技術成熟，但能耗高、設備有腐蝕風險，膜法濃縮不涉及水分子的相變反應，能耗較低，自動化水平較高，適用于當下智能電廠、電站的建設。在膜濃縮工藝中，FO技術濃縮倍率高、出水鹽含量可控，已應用于華能長興電廠，其電耗約為10kW·h/m3，但相對于RO和ED，其能耗依然略高，且存在汲取劑再生的問題。以DTRO為代表的高壓反滲透具有能耗低、脫鹽率高、出水水質好且技術成熟的優勢，已應用于國電漢川電廠和華電包頭電廠等。但是高壓反滲透依然面臨著不可忽視的劣勢——濃液含鹽量低（質量分數10%～15%），離蒸發結晶的適宜進水鹽含量差距依然較大，這無疑提高了蒸發結晶段的能耗和規模。

為了改善這個問題，ED這一傳統的脫鹽工藝再一次得到應用與發展。因為RO是將比例極大的水透過膜從溶液中擠壓出來，而ED是電場力直接作用在離子上，隨著離子遷移完成分離過程。因此ED具有更高的濃縮效率。實驗表明，ED濃水的鹽的質量分數可達20%以上，盡管仍未達到適宜的結晶蒸發進水量，但ED較大程度上減少了高鹽廢水的量，大大降低了后續零排放的成本和難度，提高了水的回收率（可達90%以上）。

結語

與其他脫鹽技術對比，ED在高鹽廢水的濃縮減量階段表現出了濃縮倍率高、濃縮液量較少、自動化水平高、能耗較小等優點;新型的ED技術也展現出巨大的應用前景，如BMED用于高鹽廢水濃縮液的資源化處理、SED對脫硫廢水的分鹽濃縮以及EDM對脫硫廢水的抗結垢濃縮。

參考文獻

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