膜法水處理應用于發電廠
1.介紹
鍋爐補給水的制備工藝近些年有了比較大的進步。傳統的制備工藝主要利用混凝、澄清、過濾來去除懸浮物，利用離子交換技術來去除水中各種鹽離子，稱為化學水處理：
傳統工藝存在的主要問題一是預處理系統的效率不高，流程長，效果不穩定；二是離子交換樹脂需酸堿再生，大量排放酸堿廢水，污染環境。
近些年隨著水資源的匱乏和環保呼聲的提高，新的水處理技術發展勢頭很快。利用各種膜分離技術可以構建如下的鍋爐補給水處理流程：
其中，超濾與傳統的預處理技術相比，其產水水質更好，可以為下游反滲透膜提供最佳的保護，使得污水或者廢水進入反滲透脫鹽成為可能；而反滲透則是這個工藝中脫鹽的核心，它可以去除98％以上的各種離子； EDI新技術近兩年來我國多個熱電廠的鍋爐補給水系統中得到應用，它取代傳統的混床，無需消耗酸堿就可連續制取高純水，是一項環保的新技術。這個“全膜法”工藝是一個“物理”的凈化過程，它高效、環保，并且在投資、運行、維護方面擁有諸多優勢，從而引起廣泛的關注。
山西古交發電廠是全國最大的燃用洗中煤的坑口電廠之一。規劃容量為4×300MW。古交發電廠由山西省電力勘測設計院負責工程設計，設計人員針對電廠亞臨界鍋爐補給水系統的工藝進行了大量的前期調研工作，在此基礎上比較了傳統的一級除鹽加混床、反滲透加一級除鹽加混床、以及“超濾－反滲透－EDI”三種工藝的經濟性、可靠性和環保性。最后初步擬定了第三種全膜法的方案。
考慮到超濾和EDI新技術在國內30萬千瓦以上的大機組中沒有應用的先例，而EDI作為補給水系統最后一道處理工序，其產水水質直接關系到鍋爐和汽輪機的安全運行。因此，在實地考察的基礎上，山西恩華能源公司、山西電科院、山西電力設計院組織了一個聯合試驗組，在古交電廠的水源地－萬家寨針對黃河水連續進行了兩周的現場中試。中試的主要目的包括：
1）考察是否有必要使用超濾，超濾的產水水質，超濾本身抗污堵的狀況；
2）考察EDI的產水水質是否能夠安全可靠地滿足超高壓鍋爐的用水要求；
2.試驗水質以及工藝設備
2.1試驗流程
試驗采用如下的膜法處理流程：
試驗規模：超濾產水：4.5m3/h；EDI產水：2.0m3/h
2.2試驗用水質
試驗所取萬家寨黃河水水質資料見表1。
表1. 萬家寨黃河水水質
|
|
含量（mg/L） | 項目 | 含量（mg/L） |
| K+ Na+ | 130 | Cl- | 105 |
| Ca2+ | 61.7 | SO42- | 214 |
| Mg2+ | 35.2 | HCO3- | 245 |
| TDS | 725 | 膠體硅 | 49.6 |
| SS | 31 | 溶解硅 | 7.2 |
| COD-Mn | 4.2 | pH | 7.7 |
| TOC | 5.6 |
2.3試驗裝置及分析手段
試驗裝置采用一體化的集裝箱式中試裝置，全自動控制。其中包括：
1. 雙濾料過濾器1臺；
2. 超濾裝置1套。含 OMEXELLTM-SFP2660超濾膜4支（膜材質為PVDF）；
3. 一級、二級反滲透裝置各一套；
4. EDI裝置一套。含OMEXELLTM-210 EDI元件一支及附屬系統。
試驗中檢測的項目及方法如下：
表2. 檢測的項目及方法
|
|
檢測方法 | 儀器名稱 | 規格型號 | 精度 | 制造廠 | 檢測頻率 |
| 濁度 | 取樣人工 | 濁度儀 | 2100P | ±0.01 | HACH | 2小時 |
| SDI | 人工手動 | SDI測定儀 | Millipore | 4小時 | ||
| SiO2 | 取樣人工 | 分光光度計 | 721型 | 2次 | ||
| 硬度 | 取樣人工 | 化學滴定 | 2小時 | |||
| 電導率 | 在線自動 | 電導率表 | 8850 | ±0.1 | Signet | 1小時 |
| pH值 | 在線自動 | PH表 | 8750 | ±0.1 | Signet | 1小時 |
| 流量 | 在線自動 | 流量計 | 8550 | ±0.1 | Signet | 1小時 |
| 壓力 | 在線自動 | 壓力表 | ±0.01 | Wika | 1小時 | |
| 溫度 | 在線自動 | 溫度表 | 8850 | ±0.1 | Signet |
1小時
|
3. 試驗結果與討論
3.1 預處理系統對濁度的去除
預處理系統包括雙濾料過濾器裝置和超濾裝置，主要去除水中的顆粒、膠體、懸浮物、大分子有機物、濁度等，使出水滿足反滲透的進水條件（主要有濁度和SDI值兩個指標）。
1) 雙濾料過濾器出水濁度最高43.3NTU，最低2.6NTU，出水濁度受原水濁度的變化影響較大，去除率在46.96%~94.51%之間。
2.)超濾出水濁度最高0.4NTU，最低0.14NTU。去除率在92.19%~99.52%之間。
說明：超濾的降濁作用非常明顯，在雙濾料出水濁度較高、變化較大的情況下，出水濁度也非常穩定，能滿足反滲透進水濁度＜1NTU的要求。
圖1. 預處理系統對濁度的去除情況
3.2 預處理系統對SDI的去除
SDI值是污染指數的簡稱，在反滲透系統中，用來衡量反滲透進水的一個重要指標。反滲透系統進水要求15分鐘SDI值SDI15＜5，推薦值SDI15＜4。反滲透進水SDI15值越小說明進水對反滲透膜的污染程度越小。
試驗期間超濾出水SDI15值的變化曲線如圖2所示。從圖中可以看出超濾出水SDI15值最大1.33（出現在萬家寨水庫排砂，原水濁度＞100NTU期間）最小0.00，除了4次＞1.0外，其余均＜1.0；優于SDI15＜4的反滲透進水推薦值。說明SFP超濾對污染指數SDI15值有很有效降低作用。超濾進水（即雙濾料過濾器出水）SDI15>6.67（SDI極限值）, 無法測量。這表明，如果不使用超濾進行更深度的處理，雙濾料過濾器的產水是不能滿足反滲透的進水要求的。因此，在此水質條件下，超濾是必需的處理工序。
圖2. 預處理系統對SDI15的去除情況
3.3 超濾裝置進出水壓差的變化
試驗期間保持產水流量不變，監測超濾進出水壓力數據，得到超濾的進出水差壓變化曲線，并經溫度修正后如圖3所示。可以看出，超濾的進出水壓差在試驗期間有一定的波動，但總體沒有明顯的升高趨勢。說明在此期間超濾膜沒有明顯的污堵。
圖3. 超濾過膜壓差的變化情況
3.4 反滲透和EDI的除鹽情況
除鹽系統包括一、二級反滲透和EDI。一級反滲透作為預脫鹽裝置，脫除水中大部分的溶解鹽類、顆粒、硬度、活性硅，二級反滲透和EDI作為精脫鹽裝置，進一步脫除水中微量的溶解鹽類、硬度、活性硅，使整個系統的出水水質達到超高壓亞臨界鍋爐的補水水質要求。原水和EDI產水電導率的變化如下圖所示：
圖4. 原水與EDI產水電導率的變化
3.5 膜法除鹽系統對硅的去除
硅是鍋爐補給水的一項重要指標，在電廠的運行中硅的含量被嚴格監測和控制。試驗期間，對膜法除鹽系統的進、出水硅含量進行了監測分析。其中兩次取水樣送至“北京譜尼理化分析測試中心”進行低含量硅的分析，分析結果如下：
表3. 水樣低含量硅分析
|
|
水樣一（取樣時間：2003年3月29日9:00） | 水樣二（取樣時間：2003年4月2日12:00） | ||||
| 1 | 原水 | 全硅（mg/l） | 8.73 | |||
| 活性硅（mg/l） | 8.18 | |||||
| 2 | 雙濾料出水 | 全硅（mg/l） | 6.69 | 雙濾料出水 | 全硅（mg/l） | |
| 活性硅（mg/l） | 6.28 | 活性硅（mg/l） | 8.01 | |||
| 3 | 超濾出水 | 全硅（mg/l） | 6.16 | |||
| 活性硅（mg/l） | 5.79 | |||||
| 4 | 一級RO出水 | 全硅（mg/l） | 0.084 | 一級RO出水 | 活性硅（mg/l） | 0.078 |
| 去除率 | 98.64% | 去除率 | 99.02% | |||
| 5 | 二級RO出水 | 全硅（mg/l） | 0.012 | |||
| 去除率 | 85.71% | |||||
| 6 | EDI出水 | 全硅（mg/l） | 0.002 | EDI出水 | 活性硅（mg/l） | 0.003 |
| 去除率（%） | 83.30% | |||||
從表中數據可以看出，膜法除鹽系統各單元對硅均有較高的脫除率。一級反滲透脫硅率達到99%左右，與設計軟件的計算值接近；而二級反滲透進水的硅含量較低（84ppb），其對硅的脫除率也相對較低，約86％；而EDI對硅的脫除率約為83%。試驗期間系統產水硅含量在0.003 mg/L(3ppb)左右。
另外，EDI產水中的硬度指標始終保持在檢測下限之下，符合鍋爐用水的要求。
4. 結論
通過試驗過程和試驗過程各種數據的分析，可以得出以下結論
1) 試驗期間，萬家寨水庫水經過“雙濾料過濾+超濾+兩級反滲透+EDI”的工藝處理后，出水硬度、活性硅、電阻率各項指標完全能滿足古交新建超高壓亞臨界鍋爐補給水的要求。
2)雙濾料過濾后水質的濁度和SDI值均不滿足反滲透的進水要求；而經超濾處理后，產水濁度小于1、SDI小于1，可大大降低反滲透膜的受污染程度。同時超濾本身沒有觀察到明顯的污堵現象；
3.)EDI出水硬度接近于0、活性硅含量僅3ppb、電導率低于0.06mS/cm，各項指標完全能滿足古交電廠超高壓亞臨界鍋爐補給水的要求。考慮到原水硅含量可能的波動、反滲透和EDI設備性能長期運行后可能的衰減等因素，綜合認為該工藝是安全、可靠的。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
