全膜分离技术在电厂化学水处理中的应用

2019-01-22

中国资源综合利用 2019年12期

（东仙坡京能涿州热电厂，河北涿州 072750）

电厂往往需要借助水来将燃料燃烧产生的热能转化为电能，水作为重要的媒介，在电厂日常运行过程中有着十分关键的作用。水的质量直接关系着电厂设备的运行效率以及使用寿命。因此，水质量控制直接关系着电厂的生产效益和生产水平，全膜分离处理技术能够有效实现水质净化，具有运行方便、环保性能高、设备要求低等特点，在当前电厂化学水处理过程中有着十分广泛的应用。

1 全膜分离技术概述

1.1 全膜分离技术的概念

全膜分离技术是指利用膜的选择透过性特点，以薄膜作为媒介，以一定压力作为推动力，将液体中不同粒径、不同成分粒子分离开来。膜分离法的核心在于膜本身的功能，可以充分结合薄膜内壁的孔径大小，从而实现水的合理净化。原有的水处理方法通常采取机械方式，通过过滤以降低水的硬度，但是过滤对混床和阴阳床的要求比较高，持续时间较长，需要协同作用才能够实现水中杂质的有效去除。其间会产生一定的化学污染物，影响后续的水处理和生产活动。

1.2 全膜处理技术原理

全膜处理技术指的是通过一定的薄膜将溶液中的溶质或者杂质与溶液进行分离的一种新型分离技术，在20世纪初研发成功。全膜分离技术包含电渗析法、扩散渗析法、反渗透法以及超过滤法等，可以在环境中提供稳定可靠的分离水条件，自身具有过滤操作简便、节能环保、分离高效等优势，在各行各业有着十分广泛的应用，成为当前分离技术的重要组成部分。相对于其他分离技术，全膜分离技术具有较高的透水性，有着更长的使用寿命，化学组分比较稳定，可以合理地进行生物污染的处理，对工作环境有着较强的适应性，温度、范围以及压力使用范围比较广泛，在粒子分离的过程中有着良好的适应性和稳定性。全膜分离技术基本原理在于通过泵增加液体的压力，使得水在过滤中能够以一定的流速通过滤膜表面。这时，比膜孔隙小的物质将会透过滤膜流出，形成透析液，比膜孔隙大的物质将会留在滤膜表面，实现过滤和水净化的效果。

1.3 全膜分离技术应用价值和用特点

随着社会经济的不断发展和人民生活水平的提高，电能已经成为当前人们生活必不可少的资源，直接关系着人们的生活质量和工业发展水平。作为当前重要的动力能源，电能使得人们的生活更加多元化，已经成为推动社会进步和提高人们生活质量的重要因素。因此，加强电厂管理和废水处置，对于电力的供应具有十分重要的作用和价值。电场中废水的有效处理能够保证发电设备高效正常运行，延长发电设备的使用寿命，提高发电设备的使用价值，保证电力供应的稳定性和科学性。全膜分离技术在电厂化学水处理过程中有着十分显著的优势，通过对废水中粒子与液体之间的选择性分离，能够实现水的合理净化。

基于半透膜原理，全膜分离技术应用的关键在于膜的选择，它会影响最终的分离效果。传统的电厂化学水处理技术包括沉降技术和过滤技术，但是难以有效分离水中的污染物，只能分离水中的大颗粒和悬浮物，处理效果不彻底，会造成二次污染，对生产设备带来一定的损害。所以，全膜分离技术的有效应用可以弥补传统的机械处理方式的不足，有着良好的作用。全膜分离技术比较灵活，可以结合实际电厂化学水处理要求，选择具体的处理方式，能够选择性地进行有机物的处理，使其去除率达到97%。全膜处理技术分离后的水质可以达到过滤补给水要求，实现水资源的有效利用。全膜分离技术操作比较简便，使用设备少，结构简单，处理过程环保，得到的是纯净水，可以在生产过程中避免使用强碱和强酸，不会产生二次污染，环保性能高。

2 全膜分离技术在电厂化学水处理过程中的应用

2.1 反渗透技术

结合当前电厂化学水处理的需求和具体处理情况来看，工作人员可以结合全膜处理技术的透过选择特性进行水分子的过滤以及其他分子的有效拦截。在全膜处理过程中，膜的两侧会形成一定的静力压差，利用静压力差作为过滤的推动力可以实现渗透压力的克服，从而完成电厂水的分离以及处理。根据电厂化学水处理的实际要求，需要合理设置静压力差，一般情况下，静压力差最小值不能小于1.5 MPa，最大不能高于10.5 MPa，以保证过滤效率。在合理的静压力差范围之内，有效分离电厂化学水的不同粒子，有效清除大颗粒物和大分子物质。反渗透技术在当前电厂化学水处理中的应用效果很理想，能够有效去除水中的细菌，但是反透渗对反渗透膜的功能提出了更高的要求，人们需要结合水分子的特性和电厂化学水处理的实际要求，合理设置反渗透膜。反渗透设备直接关系着水的净化效果以及处理质量，反渗透技术利用人为干扰渗透作用，能够提高渗透效率，耗能比较少，操作简单，废水处理效率比较高[1]。

2.2 超滤膜技术

电厂化学水处理应用超滤膜技术，可以有效地截住水中的粒子，实现水的分离、浓缩和净化。超滤膜技术主要靠外力改变膜两边的压力来净化水。因为合适的压力作用，液体中的溶剂和颗粒较小的溶质穿过膜壁上的小孔进行分离，从而将溶液中不同粒径的物质分离。电厂化学水处理主要使用中空纤维超滤膜，这种膜的筛孔分离只需要较低的压差作为推动力，其分离机理有3种：溶质吸附在微孔内部和膜表面；颗粒直径略小于膜孔的溶质可能会停留在微孔内部造成堵塞；颗粒直径大于膜孔的则被筛分在膜的表面。在电厂化学水处理中，这种中空纤维超滤膜有错流过滤和终端过滤两种工作方式。传统的终端过滤因为隔开的液体处于静止状态，因此随着工作时间的变长，已经截留的物质会黏附在膜表面形成污染层。在没有改变两边压力的情况下，过滤阻力将会随着时间推移逐渐增多，导致膜渗透率下降。错流过滤则是让分开的液体交错对流，使得隔离的物质因为对流而被带走，黏附在膜表面的物质减少，最终比终端过滤保持更高的渗透率。因此，错流过滤应用更加广泛。

2.3 超过滤技术的应用

在电厂化学水处理过程中，超过滤技术是全膜分离技术的第一道工序，超过滤技术运用的过滤膜孔隙较大，通常滤膜孔径为0.05～1.00 μm，可以有效过滤电厂化学水中的大分子物质和颗粒物。在实际应用的过程中，超过滤技术的应用效果与滤膜孔径尺寸有密切联系，主要的推动力为滤膜两侧的压力。在压力的驱动下，化学水会不断流经滤膜，小于滤膜孔径的分子会通过滤膜，大于孔径滤膜的分子就会被阻隔到滤膜表面，从而实现电厂化学水的净化、隔离以及浓缩。通常将标准分子有机物的截留量作为超过滤膜的截留特征，其一般保持在1 000～30 000[2]。

2.4 电除盐技术

电除盐技术主要采取电力作为动力来源进行离子交换，在电场作用下，水能够实现分解，从而达到水资源净化的目的。离子交换膜的载体是一种离子交换树脂，属于有机材料，能够有效提升水中离子的迁移能力，从而实现离子与水的有效分离，达到水处理要求和净化效果，有效弥补传统过滤技术的不足，不会受到酸碱度、温度等因素的影响。

3 全膜分离技术在电厂化学水处理中的应用实例

以广东省某小型生活垃圾焚烧发电厂为例，该电厂在生产过程中使用全膜技术对水资源进行处理，配置了两套生活垃圾焚烧锅炉，以焚烧生活垃圾为热源进行热能转换。每台生活垃圾焚烧锅炉每天处理能力为500 t，中压单缸冲动凝汽式汽轮机组设计的供水量为24 t/h，以河水为水源，采用预处理技术和全膜处理技术进行水处理。全膜分离技术是一种新型水处理技术，其原理是对废水中液体与粒子进行选择性分离。全膜分离技术利用半透膜基本原理，薄膜可以让部分物质选择性通过，其他物质则不能通过，从而实现浓缩或提纯的目的。

首先，结合工程项目的建设要点和处理需求，合理配置处理系统，包括蓄水池调节、水泵安装、多介质过滤器设置、活性炭过滤器安装、超滤系统设计、反渗透系统设计、二氧化碳去除器设置、反渗透装置二级控制、电除盐装置设计和锅炉补水设计等环节。该电厂的预处理系统选择活性炭过滤器、多介质过滤器进行处理，滤膜可以将绝大多数胶体物质和悬浮物截留，使得出水净化。同时，可以有效去除水中各种有机物、余氯等，保证超滤进水的水质。超滤应用的材料薄膜为PVDF，进水控制在室温状态，要求最大颗粒粒径小于200 μm。反渗透膜材料为芳香族聚酰胺。在全膜分离技术应用的过程中，首先需要对蓄水池中的废水进行沉降处理，过滤大颗粒物质和悬浮物质。然后，利用活性炭进行废水脱色处理，再进入超滤装置进行处理。接着进入反渗透阶段进入渗透处理，进入水箱进行除盐和电除盐处理，最后从水泵流出形成锅炉补水，实现水净化和重复利用。

在电厂化学水处理中，全膜处理技术采用物理手段，不会加入化学试剂，使得操作流程快捷和方便，避免化学试剂对水源造成二次污染，减少投入成本，保证过滤水的质量，提高应用效率和应用价值。在实际化学水处理过程中，膜容易污染，清理比较困难，因此要结合膜的应用情况合理控制膜污染。膜污染的主要原因是溶液浓差极化现象导致膜表面会附着一定杂质，影响实际处理。所以，要根据清洗难度和附着物性质进行有效清洗，有效清理附着物，提高滤膜使用寿命，和溶液过滤速度。