古交电厂化学水处理系统分析及膜技术运用

2015-04-04张岩

山西焦煤科技 2015年1期

张岩

（西山煤电（集团）公司古交电厂，山西古交 030200）

1 系统概述

化学水处理系统为山西兴能发电有限责任公司一期2×300MW 亚临界机组及二期2×600MW 超临界机组补给水处理系统，该系统出力按照240t／h设计，其中电厂一期、二期工程设有的水处理系统出力各为120t／h.该一二期系统所有母管均相连，以满足全厂补水的需求。系统中双滤料过滤器、超滤为预处理设备，用以保证后续系统的正常运行；一、二级反渗透（R0）装置为预脱盐设备，能够除去水中大部分电解质；连续电除盐（EDI）装置为精脱盐设备，用以保证出水的水质指标。该系统采用PLC全自动控制，多介质过滤器、超滤二级反渗透（RO）装置、连续电除盐（EDI）装置以及各种工艺泵均由PLC自动操作，由各个水箱的高低液位或工艺设备的出水水质控制各单元设备的启停或切换操作。

2 工艺流程

该系统由预处理系统（机械过滤+超滤）、脱盐系统（两级R0+EDI）以及监测控制系统所组成。水源为万家寨水库地表水。工艺流程如下：万家寨原水→汽水混合式加热器→杀菌剂加药→双滤料机械过滤器→超滤装置→过滤水箱→过滤水泵→阻垢剂、还原剂→保安过滤器→高压泵→一级反渗透（RO）装置→中间水箱→中间水泵→氢氧化钠加药→保安过滤器→高压泵→二级反渗透装置→二级反渗透水箱→EDI升压泵→电除盐保安过滤器→EDI装置→缓冲水箱→升压泵→除盐水箱→除盐水泵→热力系统。

3 水处理设备

3.1 原水的预处理

天然水或原水供应即是原水，其含有大量的金属盐类和离子以及杂质、微生物、胶体等。因此，在被补给到电厂大型锅炉前，有必要对原水进行预处理。原水经过除去固体颗粒、澄清、过滤、杀菌等，实现预处理。脱盐处理可以在预处理过程结束后开始，以生产质量合格成本低的锅炉补给水。我国长期以来预处理原水，全部采用机械过滤器或离子交换柱交换的形式，这需要建立一定占地面积与规模的过滤系统，以及工作人员的高技术水平。过滤我国北方自然水中含量最高的钙离子和镁离子，必须使用大量的原水，而且为了调整生产过程产生的pH值，更多的酸性或碱性废水被排出，不但造成水资源的浪费，还增加了单位污水处理成本。但随着科技的进步，该厂始建时便选择了原有的石英砂，活性炭过滤系统加超滤装置，彻底避免使用酸碱，节约水资源的同时达到环境保护的目的。该厂自投产以来，运行时厂单台机械过滤器产水量50～57t／h，SFP超滤装置单台产水量45～55t／h.

3.2 反渗透预脱盐系统

3.2.1 原理

水渗透指的是通过半透膜，水可以从稀溶液侧到浓溶液一侧自然流动。证明半透膜的盐渗透特性的存在，就可以使用此功能来排除该溶液中存在的盐。可以使用和这一特性完全相同的反渗透半透膜，使纯水从水中分离。浓水侧加压，使原水通过膜，这样胶体物质和金属盐都主要集中在膜表面，然后原水从膜表面上高速流过冲走浓缩物质。通过半透膜过滤，大部分原水中的金属离子被除去，达到水纯化的目的。然而，反渗透脱盐的执行必须有两个基本条件：半透膜渗透需要有能透过水，盐类却无法透过的特性。另外，外压力必须比浓淡水的两个腔室之间的渗透压差大。

3.2.2 渗透膜

膜分为对称膜与非对称膜两类。其中，非对称膜的应用最为广泛。渗透膜具有方向性即为膜的非对称结构。例如，反渗透膜控制脱盐速率就可以控制水通过致密层流向低压侧的流量，但当多孔层面面向高压侧时，便无法达到预期的脱盐率。因此，渗透膜在使用中，其方向性是特别需要注意的。

3.2.3 反渗透装置

在水处理时，应用反渗透，必须配置反渗透膜、淡水室、浓水室。这3个只有组合起来，才能有效地执行引入高压盐水和淡水收集。同时有进水和脱盐单元出口的除盐模块，即为膜元件。该厂设备在水处理过程中使用符合水处理工艺需要的多个膜元件的组合，从而使该膜组件升级为多膜组件的组合物，具有一定单位大小脱盐模块的组合，便产生了反渗透装置。该厂自投产以来正常运行时单套1级RO反渗透装置产水量保持在85～90t／h，脱盐率保持在94%～96%.单套2级RO反渗透装置产水量保持在80～85t／h，脱盐率保持在95%～98%.

3.3 EDI电除盐系统

钠、钙、镁、氯化物、硝酸盐、碳酸氢盐是存在于水中的天然物质，由阴离子（带负电荷）和阳离子（带正电荷）组成。通过反渗透处理，离子超过95% ～99%可能被除去。原水还可能包括其它微量元素、气体（如二氧化碳）和一些较弱的电解质，要除去水中的杂质，必须脱盐处理。然而，反渗透法除去这些杂质的效果不显著。所以，除去电解质的过程就是EDI除盐的过程。EDI作用是通过将水的电导，从1MΩ提高到5MΩ来除去盐类。它的工作原理是离子交换膜可以选择性地通过离子，其中阴离子交换膜只允许阴离子通过，阳离子不能透过。同理阳离子交换树脂膜只允许阳离子通过，无法通过阴离子。一对填充有混合离子交换树脂的阴离子和阳离子交换膜之间，就是一个EDI单元。混合离子交换树脂层即阴离子和阳离子交换树脂间的空间被称为淡水室。两个EDI单元间的空间被称为浓水室，浓水室就是一个阴离子交换膜和一个阳离子交换膜交替布置，并采用网状分隔来分隔每个单元的EDI。在淡水室，离子交换树脂的阴离子和阳离子分别向正和负极偏移，在一定的电压（直流）作用下通过阳离子交换膜和阴离子交换膜到浓水室中，水的离子会占据离子交换树脂的离子发生电迁移后剩下的空间。这样为浓水室中的离子交换膜除去金属离子。通过的水就是合格的软化水。投产以来正常运行时该厂单套级EDI装置产水量保持在55～60t／h，脱盐率保持在90%左右。

4 化学水处理中膜技术的运用

膜分离技术在化学水处理中近年来才开始使用，与传统技术相比具有许多优点。传统的水处理方法，锅炉给水处理存在较多的工艺问题，主要是要过滤—软化—树脂分离等一系列分离过程，每个过程是通过酸、碱对树脂再生电子传输来实现性能恢复，整个过程产生的pH废水都需要排放，其工艺较复杂，不仅需要大量的人力，并且具有一定的技术难度，需要更大的占地面积和更高的成本才可以实现。最主要的是其产生的酸性或碱性液体废物不能满足现行环境排放标准。采用膜分离技术可以有效地改良这些技术缺陷，常规水处理的弊端将被克服，不仅减少了占地面积，而且节约了人力，结构简单，设备也较少，控制全过程都是自动化的，降低了劳动强度，最重要的是没有酸碱处理后的废水排放，对环境的污染是最小的，有效地保证了水的质量。