電廠污水處理中膜處理技術的應用研究

張孝蓮

摘 要：電廠熱力發電系統中，水質問題是影響電力生產輸送、保證設備正常運行的關鍵環節，如果處理不到位，容易導致水中產生雜質，產生腐蝕等問題，給電廠的運行和經濟效益帶來不好的影響，甚至導致事故的發生。本文對電廠污水處理中膜處理技術展開論述，期待對電廠工作的發展實踐具有參考作用。

關鍵詞：電廠污水處理；膜處理；應用實踐

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A

電能關系到人們生產生活，是保證社會經濟良性運行和發展的不可獲取的能源，因此其質量受到普遍關注。人們在電能供應工作實踐和熱力發電系統安裝運營過程中發現，水質的好壞會直接影響設備的運行，這是由于設備中污水處理的方式左右著設備中腐蝕和故障發生。如果處理得不好，就會導致水質變差，產生腐蝕等現象，導致設備故障，影響到發電工作。因此，研究污水處理技術，尤其是膜處理技術，對于電廠工作具有重要的意義。

一、膜處理技術簡介及原理

1.膜技術是一類技術的總稱。作為一項具有巨大潛力的實用性技術，已在世界范圍引起人們重視和廣泛應用。美國官方文件曾指出：“目前，沒有一種技術能像膜技術這么廣泛地被應用”。我國膜技術應用于電廠水處理最早可追溯到20世紀70年代末到80年代初，在消化吸收之后，其突出的優點開始逐漸被人們認識。作為核心技術的反滲透膜是由高分子材料制成，利用反滲透技術，為廢水處理和提制純水提供了新的解決方案。膜技術是一項具有巨大潛力和實用性的技術，包括反滲透、納濾、超濾、微濾和電除鹽（EDI）等技術，具有不需酸、堿，操作方便，出水水質好，性能穩定的優勢。它的核心是一種具有選擇性半透性質的薄膜，被稱為反滲透膜，能夠在外加壓力作用下，使水溶液中的水分和某些組分選擇性透過，從而達到純化、分離或濃縮的目的。這種膜的使用實現了和水處理有關的主要包括反滲透、微濾、超濾、鈉濾以及電除鹽等的技術處理。目前，膜技術在我國北方及東南沿海電廠水處理中被廣泛應用，很好地解決了缺水地區的節水問題，為電廠節約了成本。

2.膜處理技術原理

膜處理技術是一種通過特制薄膜的分離、濃縮、提純，對混合物進行過濾的技術手段，這種經過選擇，性能優良的薄膜形態分為固態和液態。作為污水處理技術中的重要一環，其工作原理包括：（1）利用過篩的方法對混合物中的物質進行分離，這些混合物的質量、體積、形態等均有不同，薄膜正是利用了這一特點進行分離工作。（2）通過薄膜的分離，混合物中不同的化學成分發生了分解，分解時的溶解速度不同，因此物質之間的分離得以實現。（3）與傳統的分離技術比較，膜處理技術具有體積小、結構簡單、方便操作的優勢，而且膜處理技術能夠對分子量進行幾百到幾千的物質分離，可以在常溫下操作的同時避免“相”的變化，綠色環保節能，成本耗費低。

3.膜處理技術應用

（1）在市政污水處理中，膜處理技術的應用是非常廣泛的。因為膜處理具有不改變污染物處理前后變化的特性，因此對于市政污水中的中水回用非常有利。如新加坡建成的膜處理中水回收技術，就是將污水用于澆灌和廁所沖水；我國清華大學利用膜處理對中水回收利用研發的砂濾、超濾工藝，日出水量達到500m3，水質得到了很大的改善，經過二級處理的污水中的細菌指標得到了大幅度的控制。（2）在石油采集過程中會產生大量超過國標的污水，經過處理后才能排放。膜處理技術對傳統的去油去污處理加以改良，將污水中的油含量控制在國標內。（3）在飲用水中，膜處理技術主要是將污水中的絮凝沉淀進行過濾、加氯處理，經過處理后的水達到了飲用標準，自來水中的細菌、病毒、鐵銹等經過凈水器中的基本水處理后，再經過膜處理，就基本可以達到飲用標準。而且采用自來水加壓的方式就可以讓膜處理技術達到3年以上的使用壽命，處理效率比較高，而且能將異味、病菌等處理干凈。（4）垃圾填埋中，利用膜處理技術處理污染物，可以將垃圾中的有機污染物和無機污染物，采用納濾以及反滲透技術進行有效地大量清理。這種處理技術目前在國外垃圾處理廠中已經被廣泛使用，在我國也正在進入正式啟用階段。（5）電廠熱力系統中水在進入水汽循環系統時，會使熱力設備產生結垢、腐蝕、積鹽等，不僅影響水的品質，還造成污染與浪費，并且影響電廠設備安全經濟運行。這是由于沒有經過凈化處理的水含有多種雜質，無法保證熱力系統所需的水質指標，而且增加檢修工作量和運行費用。所以，選擇合適的化學水處理工藝顯得尤為關鍵，既要求能，還要高效、低耗、環保，膜處理技術純水制備正是解決這一難題的比較新的解決方案。

二、膜處理技術的特點

（1）膜處理技術使用到的設備體積小，結構簡單，操作方便，而且不需要占用很大場地。（2）膜處理技術能夠對相對分子量數量較大的物質進行分解。（3）膜處理技術能夠在常溫下進行分離技術，并且達到環保要求。（4）膜處理依靠膜的孔徑及選擇透過性實現污染物的分離，分離前后的物質在物理、化學性質上沒有改變。（5）膜處理技術處理高效，無須投加化學藥品等。（6）膜處理技術分離的是有機物、無機物以及微小的細菌，甚至可以分離病毒。（7）膜處理技術按其濾膜的孔徑大小，可以進行微濾、納濾、反滲透及電滲析等操作。

三、電廠污水處理中膜技術的分類

膜處理技術在研發過程中具有很多種方式，廣泛應用于電廠廢水處理和其他污水處理工作中，主要運用到的方式包括反滲透、微濾、超濾等等。最重要的為3種：超濾技術是電廠污水處理中在使用到的主要的膜分離技術。利用超濾膜壓力的驅動和多孔膜，污水中的分子量對大量的雜質、顆粒等進行了去除，這主要是活性膜起到的作用。污水處理需要膜處理技術中的反滲透作用，反滲透膜的工作原理是利用溶液滲透壓力不同，將污水中的水分子予以穿透，剩下的為離子、細菌、膠體等雜質。膜原件是反滲透的主要元件，這是一種高分子的材料，污水在加壓后從元件進入隔網層，排除了雜質后，進入導流層的管道中，留下了清潔的淡水。膜處理技術中全膜分離技術的工作原理是電廠過路補給水的處理中，將污水納入到陰陽混床中加以處理，這種技術的優點是可以將污水實現自動化處理，而且避免了酸堿再生和廢渣排放的現象。隨著電廠采用膜分離技術的應用與推廣，膜分離技術已經成為電廠純水設備凈化的新的解決方案。只要和水處理有關的技術就離不開膜分離技術，主要分類包括：（1）反滲透技術是利用溶液滲透壓的特性，根據離子、細菌等不能穿透半透膜的性質，將這些雜質與水分離。反滲透膜是一種高分子材料，采用特殊工藝制作而成，只有水分子才能透過半透膜，溶質是不能透過的。半透膜是反滲透裝置中的主要構成部分，還包括了導流層、隔網膜，這些部件按照一定的順序進行了黏合，卷制于排孔之上。原水在壓力的作用下從元件的一端進入隔網層，半透膜將一部分的鹽類進行了截留。然后順著導流層次的通道，淡水從中心管壁的微小孔道中排出，這個膜孔的直徑只有1nm左右，可以過濾水中的溶解鹽、膠體、微生物等。剩余的水和大部分的菌類以及溶質從設備中的膜元件的另外一端排出，被稱為濃縮水。經過這種過濾處理出來的水，水質良好，無污染，但是如果要滿足中高壓電力設備用水需要，還要進一步進行除鹽處理。（2）EDI，是電除鹽的簡稱。這種技術依靠電的作用，將水中的無機離子進行去除。新型的純水制備技術中，這種技術已經被廣泛運用。它結合了傳統的電滲析和離子交換技術。將電作用下脫鹽工作不能深度進行的缺點予以彌補，經過電除鹽后，水質更加純凈，已經能夠滿足鍋爐用水的要求。其中的電阻率、硬度等達到了工作要求。EDI膜是兩個電極之間的具有一定對數的單元組成，這兩個單元分別有不同的室，一個是淡水室，內有需要清除的鹽分，一個是濃水室，內有需要去除的雜質和離子。淡水室是用陰陽離子交換樹脂填滿，樹脂床利用室兩端的直流電進行再生。電壓使用中的水分子分解出H+和OH-，水中的離子收到電極的吸引，穿過陰陽離子交換樹脂，吸納了膜的過濾功能，向著對應膜的方向遷移，在離子經過濃水室后，結合成了水，水中的鈣和CI等雜質離子吸附到了離子交換樹脂上，形成了離子交換反應，又置換除了H+和OH-，當雜質離子加入到水中向著交換膜方向錢以后，離子進入濃水室，與相鄰的室的膜發生的碰撞并受到阻擋，無法向著對應電極的方向遷移，最終雜質集中在濃水室里，被排出了膜堆。（3）全膜分離技術，也稱為三膜處理技術，主要在對原水中的廢液和酸堿溶液進行排放和再生。在電廠污水自動化處理中被大量使用。（4）電廠污水處理中，利用壓力的驅動和多孔膜的作用，將污水中存在的分子量較大的雜質、顆粒以及膠體等進行去除，這是一種電廠大范圍污水處理工作當中常用的技術，被稱為活性膜超濾膜分離處理工藝。

四、案例分析

本文所舉案例，是某電廠項目中裝機容量為2×240t/h的抽凝機組。鍋爐補給水的規模為2×40m3/h每小時。水質要求電導率要小于0.2US，系統采用了預處理、反滲透、電除鹽的技術，全部為自動化控制系統。電廠處于北方缺水區域，因此淡水資源比較南方地區相對匱乏。為了緩解供水矛盾，建設了膜分離污水處理系統，將膜處理在污水處理環節上重點加以應用，見表1。

在電廠的鍋爐補給水預處理系統中使用了多介質過濾器對水中的機械雜質進行濾除。當進水濁度小于2MG/L，選用了鈉離子交換器，控制反滲透和電除鹽中的進水硬度，保證反滲透和電除鹽裝置的運行安全可靠，見表2。

（1）在電廠反滲透裝置脫鹽裝置中，設計了反滲透裝置膜組件，包含了3層薄膜。表面為芳香聚胺材質，由微孔聚層組成。壓力膜管采用玻璃鋼壓力膜管，具有抗腐蝕、耐壓的特性和優點，見表3。

（2）反滲透膜處理后，污水中的大部分的無機鹽、有機物和微生物等被很好地去除，達到了EDI對進水水質的要求，見表4。

（3）在電廠循環流化床機組的鍋爐補水系統中，采用了預處理反滲透電除鹽的積水，系統為全自動控制方式，通過PLC程序實現了系統的自動化運行。通過CRT等對污水處理過程進行監管和控制，預處理技術和超濾反滲透技術工藝流程為：原水箱-清水泵-多介質過濾器-超濾裝置-反滲透裝置-中間水泵-陰陽床-除鹽水箱。經過預處理后，原水中的雜質在多介質的過濾器中得到了有效的去除，再經過超濾裝置，污水中的有機物雜質更加得到了去除，保證了進入反滲透裝置水的水蝕度。

（4）EDI結合了電滲析與離子交換技術。不再需要鹽堿就能將離子去除，本案例中電廠采用了美國通用公司的設備，出水水質為：硬度約為0，二氧化硅小于10Ug/L，實際應用中的電導率大約為25℃，小于0.1Us每厘米。可以作為鍋爐的補充水進行運用。

（5）預處理系統中的原水中的懸浮物等雜質在經過多介質過濾器和活性炭過濾器的處理之前，是被截留在濾層之中的。需要對原水中的余氯、微量油、有機物等進行濾除，才能保證補給水的水濁度達到標準。除此以外，電廠中節水的重點應放在循環冷卻污水的回收和利用上。將原水的水源經過反滲透鹽水處理后，將噴淋水使用泵達到輸煤棧橋上，再進行納濾膜工藝處理，處理的流程為：原水經過澄清池、無閥濾池、清水池，經過多介質過濾器、活性炭過濾器、保安過濾器后，得到了排污處理。這種被稱為循環冷卻排污水中的納濾膜技術經過實踐證明可行性高，而且成本較低，較為實用。

五、膜處理技術的缺點

膜處理技術在污水處理中雖有較好的表現，但也存在一些缺點，需要在日后的研究和實踐工作中多加注意，尋求有效的方法予以克服，如膜污染會造成污水處理變慢，效果變差，效率變低的問題，是一直以來存在的。膜在長時間處理污水過程中截留的污染物，成分復雜，即便是利用沉淀、過濾等方法進行了預處理，但是對膜堵塞膜孔等問題依然無法徹底根除。特別是重污染水水質，就算是采用了水質pH進行調節等方法還是無法系統解決膜污染和堵塞。

六、膜技術在電廠水處理中的發展

案例中先對污水進行預處理、反滲透、EDI電除鹽的工藝，正在被廣泛應用著。隨著新技術、新工藝的出現，如今的污水膜處理技術又出現了更加先進的發展態勢，那就是超濾、微濾等新技術的研發及應用。這種新技術的工作原理與以往不同，利用壓力的驅動，將多孔膜上的大分子物質、病毒、膠體等進行去除，將指標中截留分子量控制在10萬之內，10萬以外的物質基本上無法穿透膜。經過實驗和實踐證明，微濾技術處理過后的反滲透的產水比舊技術更加澄清，預處理的過濾系統工作效率提高了30%，污染濾降低了20%，反滲透膜的清洗次數也得到了明顯的降低。不僅延長了反滲透膜的使用壽命，而且降低了維護、保養、購買、更換的成本。這種全新的全膜工藝在除鹽工作中，產生的凈水的硬度、活性硅、電導率等參數完全符合電廠超高壓鍋爐的補水要求的水質標準。

結語

我國電廠污水處理中的膜處理技術，與國際先進水平還存在一定差距。今后研究的方向應是如何降低膜的投資費用，加大膜技術新材料和新技術的應用。通過不斷積累經驗，相信我國電廠水處理技術必將適應時代要求，在環保、節能、高效、優質的道路上不斷邁進，創造出更大的經濟和社會效益。

參考文獻

[1]張小剛.探析電廠化學水處理系統膜處理裝置的安裝[J].資源節約與環保，2015（12）：56，60.