能源行業可持續發展下的發電廠反滲透膜化學廢水處理裝置研究

陳雷昊天

（國能徐州發電有限公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

隨著近年來社會經濟的迅速發展與人民生活水平的持續提升，社會生產生活對于電力的需求也不斷增加，電能的穩定供應成為了社會穩定運行的重要保障之一。電廠作為電能供應的主要來源，其在發電過程中的用水品質高低與電能穩定供應之間存在著緊密的關系。一旦低質量用水中的雜質等有害物質通過用水循環系統造成熱力設備的損壞，那么將會直接對發電廠的經濟效益與社會效益造成嚴重影響[1-2]。除此之外，一旦水中的雜質等物質與鍋爐內的物質形成化學反應，造成發電設備主線諸如設備腐蝕、設備長期結垢等現象，更有可能引發諸如爆管等發電廠安全性事故，對發電廠的正常運轉與員工生命安全形成威脅[3]。有鑒于此，本次研究針對發電廠化學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，為發電廠化學水處理提供理論支持。

1 電廠化學水處理標準

電廠化學水處理標準依據《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》，對電廠用水的各項液體指標都有嚴格的處理判定，具體如表1 所示。

表1 化學水處理標準

由表1 可知，若在水循環過程中的水體的pH 值相對較低，那么水體將會對發電廠的裝置鋼材料產生一定腐蝕性，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形成堿性腐蝕等問題，因此在進行電廠化學水處理時，應將水體的pH 值保持在適宜狀態，這樣更加方便在化學廢水過濾循環時釋出水渣。另外，發電廠化學水的總體含鹽量與導電率都會對發電廠裝置的運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水平有利于避免水體循環過程中的腐蝕與結垢。

2 發電廠反滲透膜化學廢水處理裝置與使用流程

2.1 預處理步驟

預處理是反滲透膜化學廢水處理裝置的至關重要的第一步，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。預處理的目標是提高反滲透系統的運行穩定性和經濟性。預處理通常由多個步驟組成，具體步驟會因為化學廢水的成分和來源的不同而有所區別。首先，發電廠的化學廢水需要經過粗粒預處理，主要用來去除廢水中較大或較重的顆粒和固體。常見的粗粒預處理方法有影響力籠、旋轉鼓過濾器、篩網和沉降池等。這個步驟有助于防止大顆粒物體阻塞下游的過濾和膜分離設備。接下來，廢水將進入凝結處理步驟。凝結過程的主要目的是使細小的懸浮物和顆粒團聚成大的凝結體，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劑，如無機鹽（鐵鹽和鋁鹽）或有機高分子物質。然后，廢水需要進行酸堿度（pH）調整以到達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藥劑來達到。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，廢水將進入微粒過濾步驟。在這里，多孔的過濾介質被用來截留顆粒，主要用來進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，廢水會通過軟化處理步驟進行除硬，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在反滲透膜上形成結垢，影響膜的性能和使用壽命。預處理不僅可以保護反滲透膜，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，降低整個廢水處理系統的運行成本。因此，發電廠反滲透膜化學廢水處理裝置中的預處理步驟起著非常重要的作用。當然，選擇何種預處理策略，要結合具體的應用場景和廢水成分進行評估確定。

2.2 反滲透技術

對于發電廠廢水處理，預處理步驟之后的關鍵環節即為反滲透技術的設計。反滲透技術是一種高效的膜分離技術，已在全球廣泛應用于水質處理和純水產生。采用反滲透技術處理廢水，不僅可以實現高效率、高質量的水回用，更實質性地改善了環境污染問題。

在設計反滲透工序時，首先需要考慮的是反滲透膜的選擇。反滲透膜的種類、性能和質量直接決定了反滲透系統的處理效率及運行成本。需要選擇低污染、高排污、高回收率的反滲透膜，以確保設備的長期穩定運行。其中，最常用的是聚酰胺膜，因其具有良好的化學穩定性和優異的脫鹽性能。

反滲透系統的設計還需要考慮設備配置。一般的配置包括預處理單元，如沉淀池、過濾器等，高壓泵，反滲透單元和清洗單元等。其中，關鍵設備的位置、順序、規模等都需要詳細規劃。例如，反滲透設備前應設置適當的預處理設施以保護反滲透膜，以延長其使用壽命。為了提升反滲透系統的處理效果和運行效率，研究充分利用了脈沖流技術。該方法即利用周期性的壓力波動使得廢水在膜面上產生渦旋，有效降低了膜面污染，改善了系統的運行穩定性。

其次，研究采用了二級反滲透工藝，在一級反滲透處理過濾不完全的高濃度污染物，再通過二級反滲透進一步過濾，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備進行處理，能夠有效回收濃鹽水中的水和鹽，節約了處理成本，加強了可持續發展。此外，對于設備管理，還需引入智能化模型進行監測、調節和優化的系統設計。通過安裝傳感器，監測設備運行情況，并以此實現對設備運行狀態的即時調整，以提高設備運行效率。

最后，充分考慮設備布局優化問題，采用最小化設施占地面積的設計，能夠節約場地，減少對環境的影響。結合以上元素設計而成的反滲透步驟不僅有著優越的廢水處理性能，也具備了高效、節能、環保等一系列優勢，在實現廢水處理的同時，也實現了對環境資源的有效保護。

2.3 反滲透清洗

反滲透作為一項成熟且被廣泛接受的技術，其應用成功與否主要取決于其維護，特別是清洗的過程。對于發電廠來講，反滲透清洗設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。在反滲透系統中，水中的微小顆粒物質可附著在膜的表層，尤其是在反滲透膜的排水側，這些顆粒物質可能會阻塞反滲透裝置的作用，降低其排除鹽分的效果和穩定出水的效果。微小顆粒物質和水中的有機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備進行了創新設計。首先，采用了高頻震動清洗技術，它利用高頻震動產生的機械力清除塵埃顆粒和有機污染物。不用添加任何化學清洗劑，避免了二次污染，這對環保型發電廠來說具有重要的意義。其次，設計了高效清洗劑循環系統，它可以將清洗劑高效地循環使用，充分發揮清洗劑的作用，極大地節約了清洗過程中的清洗劑使用量。此外，為了保證清洗效果，還可以采用自動化清洗系統，它可以根據系統的運行狀態自動調整清洗參數，包括清洗的時間、清洗劑的濃度等，充分發揮清洗劑的作用，保證清洗效果。自動化清洗系統還具有清洗周期提醒功能，能夠定時提醒操作員進行清洗，減少了人為的疏忽導致的清洗效果不佳。以自動化的流程進行反滲透清洗。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，深入清洗則是用于清洗膜孔內部的更難以去除的雜質，后處理則是為了恢復膜的性能，保證清洗后的反滲透膜能夠重新投入使用。這一創新設計不僅實現了對雜質的全方位、深度清洗，更實現了清洗后的即刻復工，大幅提升了設備的長期運行效率。

另外，傳統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，實現高效清洗。同時，由于增強了清洗溶液的效果，降低了溶液的使用量，實現了同樣的清洗效果，但對環境的影響則更小。

為了提升清洗監控效果，還需要引入目視檢測系統，操作員可以通過這個系統監控清洗過程，查看膜的清洗情況，從而及時調整清洗參數，保證清洗效果。通過目視監控系統，還可以發現反滲透膜的破損和磨損情況，以預防和處理可能出現的故障，該方法可以充分提升反滲透清洗的效率和效果，降低維護成本，確保反滲透系統的穩定運行，為發電廠提供持續穩定的反滲透處理效果，實現化學廢水的高效處理。

3 結論

研究針對可持續發展下發電廠內部水體循環過程中的化學廢水處理問題，設計了一種基于反滲透膜技術的發電廠內部水循環化學廢水處理裝置。該裝置通過水體預處理、反滲透過濾與反滲透清洗三個主要步驟實現發電廠內部水循環過程中的廢水處理，減少化學廢水中的有害雜質對于發電廠內循環設備的損壞。同時研究針對反滲透化學水處理裝置進行了一定設計，實現了針對不同污染物質的清洗環境和清洗試劑針對化，進而達到更佳的清洗效果。在保證發電廠內部設備安全性的同時也實現對清洗裝置自身的反向自清潔，為發電廠內存換化學廢水處理提供一種新的技術性思路。