火力發電廠廢水處理中新型膜分離技術應用研究

摘 要：本文研究火力發電廠廢水處理中新型膜分離技術應用。配制火力發電廠的廢水水樣，應用新型膜分離技術中的正滲透膜分離技術處理廢水水樣；測定水通量、鹽通量、離子截留率作為試驗指標。隨著進水pH值增大，鹽通量和水通量均先增加后降低，而離子截留率不斷下降；隨著溫度升高，鹽通量、水通量和離子截留率均不斷上升。由此可知，當進水pH值為7、溫度為45℃時，火力發電廠廢水處理中新型膜分離技術應用效果最佳。

關鍵詞：火力發電廠；廢水處理；新型膜分離技術；應用研究

中圖分類號：X 703" " 文獻標志碼：A

1 試驗準備

1.1 試驗試劑與儀器

本次火力發電廠廢水處理試驗中所使用的主要材料[1]如下：氯化鈉（太華風化工，分析純）；碳酸鈣（太華風化工，分析純）；鹽酸（太華風化工，分析純）；氫氧化鈉（太華風化工，分析純）；氫氧化鉀（太華風化工，分析純）；過硫酸鉀（太華風化工，分析純）；三乙醇胺（太華風化工，分析純）；無水碳酸鈉（太華風化工，分析純）；鈣-羧酸指示劑（吉滿生物，分析純）。

本次火力發電廠廢水處理試驗中所使用的主要儀器見表1[2]。

1.2 試驗方法

1.2.1 配制火力發電廠廢水水樣

為了實現火力發電廠廢水處理中新型膜分離技術的應用，本次試驗需要根據火力發電廠實際排放情況，配制相應的廢水水樣[3]。試驗依托某火力發電廠的排污廢水，其水質分析見表2。

在確定參考火力發電廠廢水水樣的成本與濃度后，即可進行試驗廢水水樣的配制。首先，采用純凈水作為基礎溶液，按照表2所示各組分濃度確定配制比例，逐一添加相應的化學試劑，添加過程中注意控制試劑的添加速度，避免有害物質泄漏。其次，將混合溶液放入電磁攪拌箱中進行攪拌，待溶液均勻混合在一起后，根據實際需要，采用鹽酸和氫氧化鈉調節廢水水樣的pH值，以完成廢水水樣的配制工作。最后，對廢水水樣進行穩定性測試，觀察水樣在一段時間內（24h）各組分濃度的變化情況。如果發現濃度波動較大，就需要對配制方法進行調整，以提高水樣的穩定性。在確保水樣穩定性達標后，就可以展開本次火力發電廠廢水處理試驗。

1.2.2 應用正滲透裝置處理廢水水樣

結合火力發電廠廢水水樣的特點與廢水處理的實際情況，為彌補傳統膜分離技術的不足，本文引入正滲透膜分離技術來處理廢水[4]。正向滲透膜裝置的設計是本次火力發電廠廢水處理的關鍵，本次試驗采用的正滲透裝置的具體結構如圖1所示。

由圖1可知，整個正滲透裝置采用數控程序進行自動調控。其中，正滲透膜采用雙對稱通道設計，具體尺寸為100mm×40mm×3.6mm，確保廢水水樣可以在通道內順著膜面流動。與此同時，在廢水水樣汲取液下方設置電磁攪拌箱，以控制汲取液的混合狀態，其攪拌汲取液速度和配制廢水水樣的速度保持一致。在試驗過程中，分別在正滲透膜片兩側放置原始廢水水樣和處理后的汲取液，讓二者沿相同方向進行循環錯流，速度為800mL/min。針對試驗溫度的控制，本文在正滲透裝置整體結構中設置電導電極，以監控溫度變化數據，并設置恒溫水箱，以調控試驗溫度。基于上述正滲透裝置分離處理火力發電廠廢水水樣的具體流程如下：在本次試驗正式開始前，先進行管路清洗，這里本文主要采用去離子水清洗管路，確保管路清理干凈并排空去離子水和空氣后，將氯化鈉溶液當作電解液引入正向滲透膜裝置結構中，促使正向滲透膜片壓緊，即可通過電解質溶液對廢水水樣進行分離，在此過程中嚴格控制試驗溫度與流速，并通過電腦實時記錄試驗數據。在應用正向滲透膜裝置處理完火力發電廠廢水的水樣后，將膜組件拆除并清理好管路，以便更換工況或者用于下次試驗中。

1.2.3 試驗指標的測定

在根據文中上述內容完成火力發電廠廢水水樣的處理工作后，需要檢測一系列水質指標（例如水通量、鹽通量、離子截留率等），以此判斷新型膜分離技術的實際應用效果[5]。水通量作為衡量膜分離性能的關鍵參數，是指單位時間內通過單位膜面積的水量，具體計算公式如公式（1）所示。

（1）

式中：η1為正滲透水通量；V為正向膜的滲透水量；S為滲透膜面積；t為滲透時間。

鹽通量是評價膜對溶解性鹽類截留能力的重要指標，具體計算公式如公式（2）所示。

（2）

式中：η2為正滲透鹽通量；Q1為滲透液中鹽濃度。

離子截留率反映了膜對特定離子的去除能力，具體計算公式如公式（3）所示。

（3）

式中：η3為正滲透膜的離子截留率；Q2為滲透液中的離子濃度；Q3為原始廢水水樣中離子濃度。

對上述水通量、鹽通量以及離子截留率等指標進行精確測定，能夠全面評估本次試驗結果，進而分析新型膜分離技術在火力發電廠廢水處理中的實際效果。

2 結果與討論

2.1 進水pH值對正向滲透膜運行效果的影響

為確定新型膜分離技術中正滲透膜技術處理火力發電廠廢水的最佳進水pH值參數，本章將在進行不同pH值下展開正滲透膜分離廢水水樣的試驗，并分別對不同進水pH值下水通量、鹽通量以及離子截留率這3個試驗指標進行分析。

2.1.1 水通量

本次試驗共設定了多個進水pH值（5、7、9），分別測量并計算不同pH值廢水水樣在新型膜分離過程中的水通量的變化情況，具體結果如圖2所示。

由圖2可知，隨著正滲透裝置運行時間的不斷推進，正向滲透膜水通量呈逐漸下降的狀態，且下降幅度越來越低，直至趨于穩定狀態。與此同時，當進水pH值為5時，水通量下降較快，且最終穩定值較低；隨著pH值達到7時，水通量的下降速度逐漸減緩，穩定值也有所提高；當pH值為9時，水通量的下降趨勢又變得明顯，穩定值也較低。這表明火力發電廠廢水水樣的pH值對正向滲透膜水通量具有顯著影響，本文所應用的新型膜分離技術下最佳廢水進水pH值為7。這可能是由于不同pH值條件下，廢水中的離子形態和電荷分布發生變化，從而影響了水分子與膜材料之間的相互作用，進而影響了水通量。

2.1.2 鹽通量

不同進水pH值下新型膜分離技術的鹽通量變化情況如圖3所示。

由圖3可知，當進水pH值較低時，鹽通量相對較低，且隨著運行時間的延長，鹽通量呈現較明顯的下降趨勢；隨著pH值增加，鹽通量逐漸上升，且隨時間推移不斷下降；然而，當pH值過高時，鹽通量又呈現顯著下降的趨勢。由此可以說明，在不同pH值條件下，鹽通量的變化趨勢和穩定值存在顯著差異，pH值為7時鹽通量達到最高。

2.1.3 離子截留率

不同進水pH值下火力發電廠廢水水樣中各離子截留率見表3。

由表3可知，進水pH值對火力發電廠廢水水樣中各離子的截留率具有顯著影響。隨著進水pH值不斷增加，各離子截留率呈不斷上升的趨勢，且陰離子截留率普遍比陽離子截留率更高，其原因是陽離子具有競爭吸附機制，導致截留率較低。因此，綜合水通量、鹽通量和離子截留率這3個試驗指標得出，正向滲透膜技術處理最佳火力發電廠廢水時最佳進水pH值為7。

2.2 溫度對正向滲透膜運行效果的影響

為確定新型膜分離技術中正滲透膜技術處理火力發電廠廢水的最佳溫度參數，本章將在不同溫度下展開正滲透膜分離廢水水樣的試驗，并分別對不同溫度下水通量、鹽通量以及離子截留率這3個試驗指標進行分析。

2.2.1 水通量

本次試驗共設定了多個試驗溫度值（15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃），分別測量并計算不同溫度下正向膜水通量的變化情況，具體結果如圖4所示。

由圖4可知，隨著溫度升高，正向膜水通量呈不斷增加的趨勢，這主要是因為在較高溫度下，廢水中的離子和水分子的運動速度加快，導致更多的離子和水分子能夠穿過膜層，從而提高了水通量。在新型膜分離技術的實際應用中，可以將操作溫度控制為45℃，以便取得最佳的火力發電廠廢水處理效果。

2.2.2 鹽通量

不同試驗溫度下新型膜分離技術的鹽通量變化情況如圖5所示。

由圖5可知，隨著溫度升高，正向膜鹽通量呈不斷增加的趨勢，當溫度達到45℃時，新型膜分離技術鹽通量達到最大。這主要是因為溫度升高導致膜孔徑變大或膜表面的電荷狀態發生改變，從而導致鹽通量增加。

2.2.3 離子截留率

3個代表試驗溫度下火力發電廠廢水水樣中各離子截留率見表4。

由表4可知，隨著溫度升高，正向膜離子截留率越來越大，這表明高溫條件下，膜對離子的截留能力加強，導致更多的離子被膜層截留。在實際應用中，可以將新型膜分離技術的操作溫度控制為45℃，以實現對廢水中特定離子的有效截留。因此，綜合水通量、鹽通量和離子截留率這3個試驗指標得出，正向滲透膜技術處理最佳火力發電廠廢水時最佳溫度為45℃。

3 結語

綜上所述，本文為探討火力發電廠廢水處理中新型膜分離技術的實際應用效果，以進水pH值和操作溫度為變量開展正向膜分離廢水試驗，得到以下結論：不同進水pH值和操作溫度下雙向膜分離技術處理廢水的效果各不相同，當進水pH值為7、操作溫度為45℃時，實現最佳的廢水處理效果，根據本次試驗結果，可以得到新型膜分離技術的最佳操作條件，將有助于為火力發電廠廢水處理提供更全面和深入的技術支持。

參考文獻

[1]祁偉健，張勝寒，王若彤，等.正滲透膜研究進展及其在電廠水處理中的應用[J].現代化工，2022，42（1）：85-89.

[2]劉卜玲.全膜分離技術及其在電廠化學水處理中的應用[J].化學工程與裝備， 2022（6）：177-178.

[3]張玉，張春霞，汪斌，等.新型膜分離技術在污水處理中的應用[J].節能與環保， 2019（4）：2.

[4]郭江源，張志勇，姜冉，等.火力發電廠碳捕集技術探討[J].設備管理與維修， 2023（1）：105-107.

[5]劉堅，劉滸辰，周小根.火力發電廠的廢水處理及其回用技術[J].能源研究與管理， 2019（1）：3.