電廠化學(xué)水處理中反滲透膜技術(shù)的應(yīng)用研究

耿芳芳

（國(guó)能寧夏鴛鴦湖第一發(fā)電有限公司，寧夏 銀川 750000）

0 引言

電廠運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)和發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部當(dāng)中，水資源質(zhì)量高低與電廠發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)，如果水資源未經(jīng)過一系列凈化處理，水中的雜質(zhì)會(huì)經(jīng)過循環(huán)系統(tǒng)對(duì)各類電力設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕和破壞，不僅會(huì)對(duì)整體電力設(shè)備的運(yùn)行效率造成負(fù)面影響，還會(huì)降低整個(gè)電廠機(jī)構(gòu)的運(yùn)行綜合效益，在一定程度上加大了火電廠的運(yùn)行成本。基于此，本文通過合理的研究分析，介紹反滲透膜技術(shù)在電廠化學(xué)水處理中的實(shí)際應(yīng)用。

1 反滲透膜技術(shù)基本原理

反滲透膜主要指全面展現(xiàn)反滲透技術(shù)性能的關(guān)鍵元件，表現(xiàn)為一項(xiàng)富有個(gè)性化特點(diǎn)的人工半透膜，通常由模擬生物半透膜材料及高分子材料等共同組建而成。反滲透也被稱為逆滲透，主要將壓力差作為主要?jiǎng)恿υ慈谒芤寒?dāng)中有效剝離，實(shí)現(xiàn)水與雜質(zhì)的有效區(qū)分操作。由于反滲透膜技術(shù)與自然滲透的方向不一致，所以被稱為反滲透。在實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)原理體現(xiàn)在超出溶液原有滲透壓的前提條件下對(duì)膜一側(cè)實(shí)施相應(yīng)程度的壓力，當(dāng)壓力高于標(biāo)準(zhǔn)滲透壓后，溶劑會(huì)在此情況下朝反方向加以滲透，進(jìn)而將物質(zhì)與水分有效分離。在膜的低壓側(cè)獲得的溶劑通常稱為滲透液。高壓側(cè)獲得濃縮的溶液被稱為濃縮液。如果采用反滲透技術(shù)開展海水項(xiàng)目處理，便可以在膜的低壓側(cè)獲取淡水資源，而高壓側(cè)則可以獲取鹵水資源，以此來促使反滲透壓力滿足提取、純化和濃縮分離等基本目標(biāo)。反滲透是利用反滲透膜選擇性地只能透過溶劑（通常是水）而截留離子物質(zhì)的性質(zhì)，以膜兩側(cè)靜壓差為推動(dòng)力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過反滲透膜而實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合物進(jìn)行分離的膜過程。它的操作壓差一般為1．5～10．5 MPa，截留組分的大小為1～10的小分子溶質(zhì)。

2 反滲透膜技術(shù)應(yīng)用及影響因素

2.1 應(yīng)用概況

以北方某電廠為例，鍋爐補(bǔ)水的主要水源是地下水，最普遍使用的水處理工藝是MBR（膜生物反應(yīng)器）處理工藝。使用的原水需要經(jīng)過一系列的水處理設(shè)備才能融入反滲透膜技術(shù)，在經(jīng)過一系列設(shè)備和反滲透裝置處理后的水被稱為淡水，其電廠應(yīng)用的反滲透脫鹽系統(tǒng)主要應(yīng)用表1中的設(shè)備。

表1 反滲透裝置材料

表1中使用的過濾器主要用于過濾水中殘留的機(jī)械雜質(zhì)（主要有活性炭過濾器泄漏的大于5 μm活性炭粉末及其他的機(jī)械雜質(zhì)），從而確保出水的清潔度，預(yù)防后級(jí)反滲透膜損壞。

2.2 性能的主要影響因素

進(jìn)水的污染指數(shù)（SDI）：進(jìn)水SDI是反映水中膠體含量的一種具有實(shí)際意義的量度，SDI不合格導(dǎo)致膜的頻繁清洗，影響膜的性能和使用壽命。不同結(jié)構(gòu)的膜組件對(duì)SDI有不同的要求，復(fù)合膜要求進(jìn)水SDI≤4。

進(jìn)水溫度：水溫提高，產(chǎn)水量增加，脫鹽率降低，水溫下降產(chǎn)水量減小，脫鹽率增高，綜合考慮，最佳溫度為20～25 ℃，最高操作溫度不能超過40 ℃。

操作壓力：提高壓力能夠使脫鹽率和產(chǎn)水量提高，但壓力過高會(huì)使膜加劇壓密，尤其在較高溫度下操作，低壓復(fù)合膜最佳操作壓力為 1．3～1．8 MPa。

3 系統(tǒng)組成

反滲透系統(tǒng)通常由高壓泵、反滲透膜組、保安過濾器和清洗裝置等關(guān)鍵部位組建而成。保安過濾器為5 μ m濾芯的柱狀設(shè)備，其內(nèi)部含有57支長(zhǎng)度均勻、精度較高的均孔PP熔噴濾芯，將其安裝于反滲透系統(tǒng)結(jié)構(gòu)前可以在根本上規(guī)避水體內(nèi)部大規(guī)模顆粒物貫穿反滲透膜，確保反滲透膜的有效性及完整性。高壓泵裝置的功能效用一般體現(xiàn)在為裝置提供足夠的水資源壓力，促使水資源在抵擋滲透壓的同時(shí)順利融入產(chǎn)水側(cè)，滿足預(yù)設(shè)產(chǎn)水量的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。反滲透膜組在實(shí)際應(yīng)用期間可以將出水劃分為濃水與淡水兩種類型，采用濃水合理調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)水與濃水配比與反滲透回收率，確保整體回收率和脫鹽率達(dá)到具體規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，一般兩者分別可以高達(dá)75%及98%以上。阻垢劑投加系統(tǒng)的價(jià)值效用體現(xiàn)為將阻垢劑融入反滲透系統(tǒng)進(jìn)水口位置后防止?jié)馑械腃aSO4、MgCO3等過度析出，降低反滲透膜出現(xiàn)堵塞問題的概率，在科學(xué)配置阻垢劑期間需要將水質(zhì)狀況充分納入考慮范圍內(nèi)，進(jìn)而結(jié)合實(shí)際情況有效設(shè)計(jì)加藥量[1]。

4 反滲透膜技術(shù)在電廠化學(xué)處理中的實(shí)踐應(yīng)用

4.1 預(yù)處理工藝的應(yīng)用

反滲透裝置是補(bǔ)給水預(yù)脫鹽的關(guān)鍵要素，其工作原理在于將水資源與溶液進(jìn)行膜分離，水可以朝溶液方向不斷滲透，兩者彼此間產(chǎn)生強(qiáng)烈的滲透壓，如果溶液向上加壓超出滲透壓，則代表溶液中含有的水資源可以朝反方向流入，運(yùn)用反滲透獲取脫鹽水。簡(jiǎn)單來說，原水在標(biāo)準(zhǔn)壓力系數(shù)情況下，可以借助滲透膜的價(jià)值效用轉(zhuǎn)變?yōu)榧儍簟o害無毒水源，未經(jīng)過膜分離的水溶液自身懸浮物濃度會(huì)日益增大。一般情況下，反滲透技術(shù)在處理水期間會(huì)產(chǎn)生進(jìn)水體積減小、溶解物質(zhì)濃度增大等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致懸浮顆粒在反滲透膜上方位置發(fā)生大規(guī)模沉積狀況，最終對(duì)進(jìn)水通道造成不可避免影響，嚴(yán)重可發(fā)生堵塞。與此同時(shí)，當(dāng)濃水中所具備的難溶物質(zhì)飽和度超出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值后，也會(huì)出現(xiàn)物質(zhì)沉淀等狀況，隨著時(shí)間的推移，反滲透膜表層結(jié)構(gòu)上將形成大量垢狀物質(zhì)，直接削弱了反滲透膜的流通性能，對(duì)整體產(chǎn)水質(zhì)量也會(huì)帶來負(fù)面影響。對(duì)此，相關(guān)人員需要在反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃環(huán)節(jié)中增設(shè)預(yù)處理工藝，以此將污染問題發(fā)生概率降低至最小，切實(shí)優(yōu)化反滲透膜的工作效率與質(zhì)量。處理工藝需要加入篩選原水融入反滲透裝置的階段中，在系統(tǒng)內(nèi)增設(shè)多樣化過濾器的濾料，進(jìn)而防止裝置出現(xiàn)功能失效等現(xiàn)象，通過過濾器的有效運(yùn)用減少原水中溶解性有機(jī)物質(zhì)的含量。同時(shí)，可運(yùn)用反洗類保安過濾器等現(xiàn)代化裝置，通過對(duì)系統(tǒng)展開全面化反洗或超聲處理的方式，確保細(xì)菌滋生和雜質(zhì)沉淀頻率有效降低，進(jìn)而擴(kuò)大過濾元件的覆蓋范圍，減少過濾元件的替換時(shí)間與數(shù)量，將凈水投入成本消耗量降低至最小。除此之外，通過在反滲透系統(tǒng)中投入適當(dāng)?shù)脑噭梢杂行Ц淖兯Y源的酸堿度，根據(jù)垢狀物的沉積狀況和元件運(yùn)行狀況合理調(diào)節(jié)水資源整體酸堿性[2]。

4.2 膜濃水及脫硫廢水工藝應(yīng)用

脫硫廢水和膜濃水的整體水體質(zhì)量相對(duì)較低，因此構(gòu)建一體化軟化除硬度預(yù)處理體系十分重要，超濾出水需要運(yùn)用海水淡化+DTRO等方法加以脫鹽處理。一般情況下，膜濃水通常來自工業(yè)廢水的反滲透領(lǐng)域當(dāng)中，濃水處理工藝需要結(jié)合砂濾罐、活性炭過濾罐及普通超濾等展開進(jìn)一步優(yōu)化處理。由此可以看出，地表水和地下水可以在完善的反滲透膜技術(shù)的應(yīng)用下獲得顯著處理成效，沿海城市的海水淡化項(xiàng)目中，也可以積極運(yùn)用反滲透膜技術(shù)，使其發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)及價(jià)值，內(nèi)陸地區(qū)因水資源極度缺少，在實(shí)現(xiàn)零排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，各地區(qū)工業(yè)所排廢水需要滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，這便要求采用澄清、過濾和反滲透膜、碟濾膜等方法展開進(jìn)一步深度脫鹽處理。在運(yùn)用反滲透膜技術(shù)期間，需要采用Qf=Qb+Qp精準(zhǔn)計(jì)算給水、濃縮水和透過水的流量，上述公式中，Qf指的是給水流量，Qb指的是濃縮水流量，Qp指的是透過水流量，并采用SP=Cp/Cr×100%計(jì)算鹽透過率。脫硫廢水處理流程如圖1所示。

圖1 脫硫廢水處理流程

經(jīng)過一系列處理后的水，可以有效運(yùn)用于脫硫系統(tǒng)當(dāng)中，地表沉積的泥會(huì)在真空皮帶脫水后形成穩(wěn)定性較高的石膏。如果活性炭過濾罐出水整體質(zhì)量相對(duì)較高，較為清澈，但污染指數(shù)并沒有達(dá)到具體標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于此種情況需要在第一時(shí)間規(guī)避其進(jìn)入后續(xù)的反滲透系統(tǒng)內(nèi)部，避免膜受到物質(zhì)堵塞的影響。在此期間，經(jīng)過處理的水資源可以運(yùn)用于灰渣抑塵用水等環(huán)節(jié)當(dāng)中。深入反滲透膜前保障水體環(huán)境的穩(wěn)定性、安全性是需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。其一，藥劑調(diào)配環(huán)節(jié)及其他環(huán)節(jié)可發(fā)生連鎖效應(yīng)，需對(duì)此加以重視。其二，重點(diǎn)查看過濾器、澄清池和三聯(lián)箱等裝置的進(jìn)出水質(zhì)基本標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)人員需要在發(fā)現(xiàn)異常狀況后及時(shí)開展反洗或沖洗系統(tǒng)，當(dāng)經(jīng)過一系列反洗處理的水回收并加入適當(dāng)數(shù)量絮凝劑后，需要對(duì)其展開攪拌處理，促使藥劑與懸浮物有效融合，進(jìn)而形成大顆粒絮凝狀完全沉淀至底部空間范圍內(nèi)，通過污泥輸送泵直至真空皮帶脫水機(jī)內(nèi)部展開下一步驟的作業(yè)，澄清水可以用于反滲透膜系統(tǒng)的進(jìn)一步處理環(huán)節(jié)中[3]。

4.3 反滲透膜的日常監(jiān)督

預(yù)處理水質(zhì)需要充分滿足反滲透裝置的進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)需求和指標(biāo)系數(shù)，要求SDI＜4．0。反滲透系統(tǒng)投入應(yīng)用環(huán)節(jié)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)隱患或故障問題無法正常運(yùn)作的情況下，工作人員不可擅自將其重新啟動(dòng)，需要優(yōu)先打開保安過濾器的排污門進(jìn)行泄壓處理，并結(jié)合實(shí)際情況查詢反滲透系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的具體緣由，通過一系列分析處理后方可將系統(tǒng)恢復(fù)至原本運(yùn)行狀態(tài)。另外，反滲透運(yùn)行不可采用手動(dòng)模式，當(dāng)出現(xiàn)異常問題后，高壓泵會(huì)出現(xiàn)破損及燒毀等不良現(xiàn)象。在反滲透產(chǎn)水滿足標(biāo)準(zhǔn)出力系數(shù)后，相關(guān)人員可以結(jié)合實(shí)際狀況有效降低回收率和壓力，以此來保障反滲透膜實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性、良性運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)際投入運(yùn)行階段中需要重點(diǎn)查看阻垢劑的增添數(shù)量及施加頻率，確保計(jì)量箱的液位下降或上升秉持著相應(yīng)的規(guī)律。如果加藥泵裝置出現(xiàn)故障問題，需要在第一時(shí)間采用針對(duì)性措施避免反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。反滲透在自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)階段中，阻垢劑加藥泵一旦處于停止運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，則代表反滲透也會(huì)隨之停止。高壓給水泵的進(jìn)水裝置帶有低壓開關(guān)，出水位置具備高壓開關(guān)，當(dāng)泵進(jìn)水的整體壓力低于設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)期間，泵便會(huì)自動(dòng)減緩速度直至停止運(yùn)行，并及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)。另外，在實(shí)際運(yùn)用反滲透設(shè)備的過程中，相關(guān)工作人員需要全面查看濃水排水管周邊設(shè)備裝置的結(jié)垢發(fā)展趨勢(shì)，精準(zhǔn)判斷阻垢劑的質(zhì)量是否滿足反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)及最近的加藥數(shù)量要求。

4.4 反滲透膜的清洗處理

在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作后，反滲透膜產(chǎn)水量會(huì)有所降低，當(dāng)產(chǎn)品水含鹽量顯著提升時(shí)，或不同電壓差增加至0．2 MPa時(shí)，則代表膜元件需要進(jìn)行清潔處理。另外，如反滲透設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)，但整體使用年限超出1年或以上，則需要及時(shí)開展元件的清洗作業(yè)。在打開壓力容器短板裝置后，工作人員可以憑借自身的視覺感官查看，或采用化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法明確具體污染類型和形成原因，對(duì)于金屬氧化物或碳酸鈣而言，需要在第一時(shí)間對(duì)其展開酸洗處理。在此情況下，檸檬酸清洗鐵的氧化物可以凸顯出價(jià)值，如果是有機(jī)物或微生物遭受污染與影響，便需要對(duì)其展開堿洗處理，對(duì)于二氧化硅污染而言，則需要及時(shí)做好氫氟酸清洗作業(yè)[4]。

在反滲透水處理系統(tǒng)投入使用環(huán)節(jié)后，相關(guān)工作人員需要結(jié)合實(shí)際情況定期針對(duì)關(guān)鍵裝置展開一系列化學(xué)清理，清理頻率可控制在2次/年左右，并根據(jù)反滲透膜元件的運(yùn)行狀態(tài)合理規(guī)劃整體清洗方案內(nèi)容和程序。雖然反滲透膜裝置清洗處理工作占據(jù)著至關(guān)重要的地位，但是工作人員仍然需要在日常維護(hù)方面多下功夫，其中重點(diǎn)涉及檢驗(yàn)水質(zhì)狀況，結(jié)合水質(zhì)基本情況合理調(diào)節(jié)加藥數(shù)量，進(jìn)而從根本上規(guī)避水質(zhì)環(huán)境出現(xiàn)污染反滲透膜等嚴(yán)重問題，還需要對(duì)各類儀器儀表運(yùn)行數(shù)據(jù)展開精準(zhǔn)化記錄和分析處理，一旦出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)或偏差性數(shù)據(jù)則需要在第一時(shí)間加以解決與優(yōu)化。

5 結(jié)論

在可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代背景下，反滲透膜處理技術(shù)在電廠化學(xué)水處理等領(lǐng)域中獲得了全面運(yùn)用和高度認(rèn)可，它可以滿足電廠化學(xué)水處理作業(yè)的各項(xiàng)需求，并有效處理傳統(tǒng)工藝中存在的漏洞問題。各地區(qū)電廠只有全面提升反滲透膜技術(shù)的利用率，才可以有效降低環(huán)境污染問題。該技術(shù)目前還存在不足之處，為了延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命，需定期對(duì)膜進(jìn)行清洗，并加強(qiáng)濁度、pH值、殺菌等處理措施，從而提升整體的凈化效率。