電廠鍋爐補給水處理中全膜法處理工藝的應用研究

馮 帥

(陜西能源職業技術學院，陜西 咸陽 712000)

在城市的發展過程中會產生大量的城市污水，經處理后得到的再生水能夠投入到工程之中進行施工，節約了水資源，帶動了社會效益，但相較于高質量生產用水而言，再生水并不能創造出優良的經濟效益，在這樣的背景下如何提升對城市污水的處理質量尤為關鍵，使其能夠充當鍋爐補給水。這項措施具有突破性意義，它能夠有效地緩解我國水資源不足的現狀，而其中又以全膜法最為關鍵，因此本文則將其作為研究重點。

1 工程概況

在本文所探討的電廠中，設置了水處理系統，選用了立式中空纖維膜元件，為了確保處理質量，膜材質選用的是聚醚砜材料，它可以有效抵御水污染的影響，并實行內壓式過濾的方式，使得布水具有良好的均勻性，在清洗過程中不存在任何死角，加之死端過濾，能夠進一步提升水的回收率。

2 主要構筑物及設備參數控制

本工廠的鍋爐補給水系統單獨劃分出一個建筑區域，內部設置有過濾除鹽間、室外水箱等多個模塊。對于過濾除鹽間而言，其跨距達到了13.5 m，同時長度達到了48 m，內部引入了諸如超濾裝置等各類高效設備模組。在除鹽間的一側增設了一個跨距為7.0 m的毗間。

2.1 自清洗過濾器

引入了疊片式自清洗過濾器，將此部分結構安裝在超濾膜組件的前端區域，所得到的過濾精度能夠達到≤100 mm水平，殘留在水中的懸浮物能夠得到有效的去除，設備為自動化清洗方式，省時省力。

2.2 超濾

該電廠共增設了2套超濾系統，二者均適配了36支超濾膜，所帶來的有效膜面積達到了77 m2。基于DCS機制完成對超濾系統的精確控制，加之自動化反洗程序以及化學加強手段，可以完成酸洗以及堿洗兩大環節操作，全面保障了超濾膜的潔凈度，經處理后得到的水質達到了預定標準，即濁度≤0.10，并且SI15≤2.5。

2.3 反滲透

關于一級反滲透部分，本廠選用的是TML20D-400復合膜，基于一級兩段的布置方式，同時一、二段膜的數量呈倍數關系，即14∶7，就理論層面而言，單膜的脫鹽率至少可以達到98%甚至更高，且回收率可以達到75%及其以上水平。關于二級反滲透部分，一、二段膜的數量也存在差異，具體比值為10∶4，單膜脫鹽率與上述相同，但回收率相對更高一些，可以達到88%及以上。系統可以實現對濃水的回收，將其置于超濾水箱之中，能夠顯著提升利用率[1]。

反滲透系統實行的是DCS控制方式，內部含有停機保護以及高低壓保護兩大裝置，可以全面保障系統運行的安全性，當系統結束運行后，沖洗系統便會隨之運行，從而完成對膜的沖洗操作。

2.4 EDI裝置

EDI裝置的內部組成較為豐富，除了最為基礎的EDI模塊外，還設置有流量計、控制系統等多個部分。整個裝置設置為全填充式膜堆形式，內部可分為兩個系列，二者均可以完成單獨運行，其出力水平可以達到2×70 t/h。單套膜塊為16臺，所帶來的回收率可以達到90%，并且出水水質中的SiO2含量能夠控制在10 g/L以內。

3 全膜法技術特點及應用

3.1 OF技術

OF技術采用的是機械篩分的方式，充分利用了膜兩側的壓差值，將是作為驅動力而完成過濾。在運行過程中，以分子量的大小為基準，從而達到分離顆粒的效果，OF孔徑介于25～30 nm，借助于OF能夠有效的清理存在于水中的懸浮物以及各類微生物等，因此適用性較強[2]。

3.2 RO技術

基于RO技術，將其應用于水除鹽系統中，能夠有效的避免廢酸堿污染問題。其中以RO膜尤為關鍵，是一種典型的半透膜，其具有優良的選擇透過性，可以達到淡化或是凈化的效果。當面對水質含鹽量較高的情況時，RO技術具有較高的可行性，因此被廣泛應用于靠海或是高鹽地區[3]。就當前國內現狀而言，有些電廠引入了RO技術，但只將其用于預脫鹽環節，此后則選用的是較為傳統的離子交換法，此舉可以有效控制廢酸堿排放量。

在本文所探討的項目中，RO系統可細分為兩級，二者都設置在一個機架上。對于一級RO而言，其選用的是BW30-400/34iFR型膜元件，總數量達到了180支；而對于二級RO而言，則選用的是XLE-440型膜元件，其數量相對較少，為84支。

3.3 EDI技術

相較之下，在對酸堿再生處理工時，EDI技術所帶來的效果最為良好，它也滿足了當前現代環保發展的基本要求。關于EDI技術的運行機理，它在傳統的電滲析基礎上綜合引入了離子交換法，加之選擇性膜以及離子交換樹脂二者的結合，可以構成一個填充床，由此達到了電化學持續再生的效果，最終完成超純水的提取[4]。

在本文所探討的電廠項目中，EDI模塊采用的是tropureXL-SOORL型，系統共設置了24個模塊，所帶來的回收率可以達到95%。EDI裝置共分為兩套，其中一套用于日常運行，當其出現異常后另一套則隨即啟動。EDI結構具有很強的特殊性，它對進水水質提出了極高的要求，因此宜將其置于RO的后端區域。為了使得EDI能夠處于穩定運行狀態，通常需要將兩級RO系統置于EDI之前，此舉可以有效去除存在于水中的雜質。

3.4 全膜法工藝流程

全膜法集多種方法于一身，在過濾器的作用下完成對原水的初步處理，將其中的細小顆粒清除，而后再進入到兩級反滲透RO之中，達到脫鹽的效果，進而轉入到EDI之中，達到深度除鹽的效果后所得到的水能夠作為鍋爐補給水[5]。此方法所帶來的效果優良，但對應的流程也更為復雜，具體如圖1所示。在本文的工程中，引入了兩套處理設備，所帶來的處理能力可以達到140 m3/h。

圖1 水處理工藝流程

3.5 全膜法與離子交換法的比較

對于電力行業而言，對超高壓鍋爐提出了較高的要求，其水質導電率必須控制在0.2 μS/cm以內，同時SiO2含量不可超過0.02 mg/L，即便采取了二級RO除鹽處理，但所得到的效果不夠理想，因此還需要進行EDI處理。對此，將圍繞全膜法以及離子交換法展開對比分析。

3.5.1 系統出水水質比較

關于二者所帶來的出水水質情況如表1所示，可以發現其都滿足了所提出的補水要求，但進一步對比可以發現，全膜法所帶來的出水水質更為優良，這與EDI裝置有著很大的關聯。

表1 全膜法與離子交換法出水水質比較

3.5.2 系統比較

(1)系統工藝比較。當采用離子交換工藝后，盡管其出水水質達到了相關標準，可以作為鍋爐補水，但在此過程中使用到的酸堿再生樹脂量較多，若使用全膜法，無論是阻垢劑還是還原劑等材料的使用量都相對較少。若從廢水排放量的角度進行分析，當采用離子交換工藝后，產生的此部分總量更少，但經檢測得知廢水中的酸堿液占比較大，同時含鹽量也相對更高，這會對廢水的回收利用水平造成影響[6]。基于全膜法，產生的主要以一級RO廢水居多，其中的磷類阻垢劑的數量也得到了良好的控制。

(2)系統操作與控制比較。所選用的2種工藝都基于自動化的方式運行，但離子交換法在操作過程中復雜度較高，容易對設備造成腐蝕。基于全膜法，主要使用到了RO裝置以及EDI裝置，其使用過程中操作簡單，維護也更為方便。此外還需要認識到的是離子交換法中需要使用到大量的離子交換器，因此會隨之產生豐富的控制點，相較于全膜法而言數量達到了其兩倍以上，因此不利于維護工作的展開。

(3)設備布置及占地面積。若使用全膜法，則需要使用到RO裝置，在運行過程中過濾器的濾速通常需要控制在5～8 m/h，當采用離子交換工藝法，所帶來的濾速相對較高，此時介于10～12 m/h，但后者的回收率相對較差。對于膜法而言，其所需的工期相對較短，并且設備能夠在工廠內完成預組裝操作，因此可以有效的減少安裝工作量；而對于離子交換法，則需要得到酸堿貯存池的支持，對應的工程量相對較大。

應當明確的是，以上分析所得到的結果均建立在原水含鹽量較低的基礎之上，當原水含鹽量處于較高狀態時，僅憑借離子交換工藝所帶來的效果相對有限，無論是占地還是酸堿消耗情況都不容樂觀，對此，當前的水處理系統則進行了創新，以一級RO以及傳統離子交換工藝相結合的方式進行，實際結果表明其帶來的效果更為顯著。

3.6 技術經濟分析

此處對全膜法以及離子交換法進行對比分析，前者的產生量為50 m3/h，后者則為80 m3/h，所得到的結果如表2所示。對其進行分析得知，確保原水不變這一基本條件，相較于全膜法而言，使用離子交換法所需的成本相對更高，即多了0.78元/m3，假定電廠一年運行共需要200萬m3水，此時則需要多花費156萬元。因此，若從成本的角度進行分析，全膜法所帶來的經濟效益更為理想，經計算后可知一年時間便可將成本收回。

表2 全膜法與離子交換法制水成本比較

4 結 語

綜上所述，在當前的社會背景下，電廠需要朝著節能環保的方向發展，基于RO+EDI的方式，可以顯著提升對城市污水的處理效率，且不會發生酸堿貯存以及再生的情況。若基于OF+RO+EDI相結合的方式，則可以持續進行生產，合理控制酸堿使用量，同時所需的占地面積也相對較小，因此這將會成為今后的主流發展方向。