全膜分離技術及其在電廠化學水處理中的應用

孫皓 ，曹萍

（1.撫順礦業中機熱電有限責任公司，遼寧撫順113001；2.遠東頁巖煉化有限責任公司，遼寧撫順113000）

電廠生產的電能主要來自于燃料燃燒的熱能轉化，這種能量的轉化主要是靠水來輔助實現的。在電廠的日常運轉中，水作為重要的媒介在很多生產環節中起著重要的作用。而且電廠設備的運行效率和生產設備的使用壽命與水的質量息息相關，主要是因為電廠使用的水蒸發后的水蒸氣含有污染性的化學物質造成。為了防止含有腐蝕性的水滲入電廠的設備造成損害，需要科學有效的方式進行水處理。全膜分離技術是一種比傳統水處理更有效的技術，它具有設備要求低、運行方便、環保、水質凈化率高等特點，得到了廣大企業的青睞，應用范圍廣泛。

1 全膜分離技術原理和技術分析

全膜分離技術在電廠化學水處理中已經形成了系統化。比如更為完善的全膜分離技術可以凈化、除鹽和過濾鍋爐補給水。全膜分離技術主要就是將兩部分濃度不同的液體使用一種特殊的薄膜隔開，這種薄膜需要具有能夠使部分混合物透過的特性，其他剩余的物質不允許透過。然后再施加外力，在這種外力的作用下，使得混合物能夠有效分離，從而實現分離、提純和濃縮等效果。使用的薄膜可以根據膜壁上孔徑的大小來進行分類，孔徑范圍為0.0001～0.005μm的為反滲透膜，孔徑范圍為0.001～0.005μm的為納濾膜，孔徑范圍為0.001～0.1μm的為超濾膜，孔徑范圍為 0.1～1μm的為微濾膜[1]。需要著重注意到一點是，傳統的分離技術是把顆粒大的懸浮物和膠狀物分離出來，再使用軟化來將水中的有害物和水中含有的雜質去除，并在這個過程中有產生化學污染液的風險，甚至有造成設備損壞的可能。

1.1 超濾膜技術分析

在電廠化學水處理中應用超濾膜技術主要是為了能夠科學有效地將水中的離子、顆粒等截住，從而使得待處理的水分離、濃縮和進化。超濾膜技術工作時，主要是靠外力改變膜兩邊的壓力來使水得到凈化。在合適的壓力進行作用下，液體中蘊含的溶劑和一些顆粒比較小的溶質穿過膜壁上的小孔進行分離，從而將溶液中不同大小的組成物質分離[2]。在電廠化學水處理的應用中主要使用的是中空纖維超濾膜，這種膜的工作過程中，篩孔分離只需要較低的壓差作為推動力就可以實現。溶液中的大分子物質、蛋白、膠體和微粒的分離濃縮都可以通過中空纖維超濾膜實現。這道工序的分離結束后一邊剩余的具體物質為溶劑、無機鹽和低分子物質，另一邊則為截留的膠體、蛋白和大分子物質。這種膜的分離機理有3種：1）溶質吸附在微孔內部和膜表面。2）顆粒直徑略小于膜孔的溶質可能會停留在微孔內部造成堵塞。3）顆粒直徑大于膜孔的則被篩分在膜的表面。其中第三種是中空纖維超濾膜的主要工作機理。

電廠化學水處理中這種中空纖維超濾膜的具體操作方式有錯流過濾和終端過濾兩種方式。傳統的終端過濾因為隔開的液體處于靜止狀態，因此使用的膜在隨著工作時間變長的過程中，已經截留的物質會粘附在膜的表面形成污染層。在沒有改變兩邊壓力的情況下，過濾阻力將會隨著時間逐漸增多，從而不斷地將膜的滲透效率下降。另一種方式錯流過濾則是讓分開的液體交錯對流，從而使得隔離開的物質因為對流而被帶走，粘附在膜的表面的物質減少，最終可以比終端過濾更長時間的保持更高的滲透率。因此錯流過濾這種更高效更實用的方式應用的更加廣泛。

通常使用的中控纖維超濾膜所具有的優點是：1）使用的材料具有的化學穩定性足夠優良。超濾膜的kristal300系列的膜材質使用了改性聚醚砜的化學穩定性在各種實際應用的場合都表現良好，此外還具有耐酸堿性能和耐溫性能。尤其是水中存在化學藥品如氧化劑等情形下性能表現的更加優秀。2）使用的材料生物穩定性也足夠優良。中空纖維超濾膜的kristal300采用的材質比較特殊，對于通常的膜表面形成生物垢的情況能夠有效的阻止。阻止生物垢形成的這一項關鍵技術，在超濾膜進行的污水回用項目上的表現更加突出，起到了非常關鍵的作用。3）使用的材料具有優秀的特性，可耐受水中使用的化學藥品及氧化物。只是因為在電廠的水處理過程中使用的超濾膜在日常生產使用和維護保養的過程會經常接觸到化學氧化物，比如過氧化氫、氯和氯胺等。實際應用的kristal300系列超濾膜對上述物質有優秀的耐受性能，保證了整個系統的正常工作。4）通量比較高并且親水性能優異提高了整體的性能。中空纖維超濾膜中的Kristal300系列采用了聚醚砜這種材質，拋棄了傳統的聚砜材質，使得親水性能更佳。即使進入的水體是高懸浮物和高濁度也能達到99%以上的去除率，并且能維持比較高的通量。

1.2 反滲透技術分析

反滲透技術是一種先進并且節能的水處理技術，運用高分子材料薄膜工作，薄膜上的孔徑大小約為1nm，對于水中的微生物、無機鹽等去除率非常高，達到97%以上。反滲透水處理技術的原理與正滲透基本一致，同樣的是都是通過施加外力，使得膜的兩側產生壓力差，從而實現分離、提純的效果。區別在于反滲透改變水體的硬度是通過離子交換的方式。系統工作時，在含鹽的一側進行人為的增加壓力，在壓力的作用下水分子會通過透析膜，但是水中所含的鹽分則留在了原本的那一側。這項技術通過人為的進行干擾，讓滲透效果反向進行，這樣做的好處是只需要簡單的操作就可以提高滲透效率，并且能耗也比較低，廢水處理的凈化率高。這項技術比較常運用于大容量的溶液滲透擠壓系統中，缺點在于沒有充分的使水與物質科學的進行分離。反滲透薄膜使用的材料技術含量比較高，制作時需要進行特殊的處理，才能將材料的透水分子的特點足夠的顯現出來。膜設備是反滲透中使用到的比較重要的技術設備，能夠滿足內黏連透膜和隔網在短時間內進行，按照相關的流程進行卷制。反滲透水處理技術與其他的水處理技術的另一個區別就是，大多數水處理過濾技術采用的是豎直過濾方式，而反滲透技術采用的是橫流過濾方式，這種過濾方式的優異性上面已經說過，使得反滲透的使用也相當廣泛。

1.3 電除鹽技術分析

電除鹽技術是近些年發展起來的一項全新的水處理技術，電場在水中將一些離子進行去除。同時，電除鹽技術也是全膜分離技術中最為復雜的水處理技術。主要原理是利用了電場的特性將水分解從而實現離子的內部交換。在電場的作用下，水中的陰陽離子由于電場力的作用進行快速移動，最后進行中和消去了分離子的效果，達到降低水體導電率的目的。這項技術處理過的水能夠更好地滿足鍋爐補給水中電阻、硬度的需求。這項技術還能夠實現離子交換和電滲析技術相結合，緩解了部分離子無法互換的情況，解決了傳統電滲析技術中不能進一步深入脫鹽的情況，補充了水中酸堿再生問題的途徑。電除鹽技術在電廠化學水處理中能有效地整合現有的技術聯合處理，是一種非常科學高效的水處理技術[3]。

2 全膜分離技術在電廠化學水處理中的應用案例

以撫礦中機熱電廠為例，該廠主要是通過燃煤發電并對主城區供暖。本廠為2×300MW亞臨界抽凝發電機組，配備2×1025t/h循環流化床鍋爐，鍋爐補給水系統設計規模為供水量2×60t/h，原水為城市中水及礦井疏干水，采用廠外預處理+全膜處理工藝(UF-RO-EDI)，控制部分為PLC自動控制系統，產水水質要求符合中壓鍋爐給水規范:電導率＜0.4μS/cm，SiO2＜20μg/L，硬度≈0。

工藝流程:經過石灰混凝澄清過濾處理后的來水→加熱器→清水箱→清水泵→自清洗過濾器→超濾裝置→活性炭過濾器→超濾產水箱→超濾產水泵→一級反滲透保安過濾器→一級反滲透高壓泵→一級反滲透裝置→預脫鹽水箱→預脫鹽水泵→二級反滲透保安過濾器→二級反滲透高壓泵→二級反滲透設備→二級反滲透產水箱→電除鹽給水泵→電除鹽保安過濾器→電除鹽裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→熱力系統。超濾膜材質為:PVDF，本工程采用賽諾超濾膜，超濾裝置進水條件為水溫:40℃；保證進水中最大顆粒徑≤500μm。一級反滲透采用了美國GE公司的AG8040F-400LF反滲透抗污染膜，裝置進水條件：水溫:20～25℃；SDI:≤2；殘余氯:＜0.1 mg/L。反滲透膜元件型式:螺旋卷式，單根膜面積為:400/37(ft2/m2)，膜通量分別為:16m2/h，膜元件規格:8in；二級反滲透采用美國DOW公司LE-440i反滲透抗污染膜。反滲透裝置進水條件，水溫:20～25℃；SDI:≤2；殘余氯:＜0.1mg/L，反滲透膜元件型式:螺旋卷式，單根膜面積分別為：440/41m2(ft2/m2)，膜通量分別為:19m2/h；膜元件規格:8in。EDI系統采用GE公司MK-3X模塊，本工程配置兩套EDI裝置，單套產水量為60m2/h，包括12個MK-3X模塊。單只模塊運行參數為:產水流量 5m3/h；進水溫度 4.4～40℃；進水壓力＜0.69MPa；出水壓力:濃水和極水出水壓力要比產水出水壓力低最少0.35MPa；回收率90%；供電電壓:≤400V；供電電流:≤5.2A。

該項目鍋爐補給水系統已調試完畢，投入運行，各項指標都達到了設計要求，EDI實際產水水質: 硬度:0；二氧化硅:＜15μg/L；電導率 (25C):＜0.4μS/cm，充分滿足鍋爐給水要求。

3 結語

化學水處理技術與電廠的經濟效益和環境保護息息相關，而全膜分離技術作為一項比傳統水處理的技術有著許多優勢的技術，在電廠中應用能夠更好地滿足電廠的化學水處理需求，更好地保護環境。同時，全膜分離技術也需要在使用中不斷的改進和創新，達到更好地滿足企業需求的目的。