电厂锅炉补给水处理中全膜法处理工艺的应用研究

2020-06-12冯帅

工业加热 2020年4期

冯帅

(陕西能源职业技术学院，陕西咸阳 712000)

在城市的发展过程中会产生大量的城市污水，经处理后得到的再生水能够投入到工程之中进行施工，节约了水资源，带动了社会效益，但相较于高质量生产用水而言，再生水并不能创造出优良的经济效益，在这样的背景下如何提升对城市污水的处理质量尤为关键，使其能够充当锅炉补给水。这项措施具有突破性意义，它能够有效地缓解我国水资源不足的现状，而其中又以全膜法最为关键，因此本文则将其作为研究重点。

1 工程概况

在本文所探讨的电厂中，设置了水处理系统，选用了立式中空纤维膜元件，为了确保处理质量，膜材质选用的是聚醚砜材料，它可以有效抵御水污染的影响，并实行内压式过滤的方式，使得布水具有良好的均匀性，在清洗过程中不存在任何死角，加之死端过滤，能够进一步提升水的回收率。

2 主要构筑物及设备参数控制

本工厂的锅炉补给水系统单独划分出一个建筑区域，内部设置有过滤除盐间、室外水箱等多个模块。对于过滤除盐间而言，其跨距达到了13.5 m，同时长度达到了48 m，内部引入了诸如超滤装置等各类高效设备模组。在除盐间的一侧增设了一个跨距为7.0 m的毗间。

2.1 自清洗过滤器

引入了叠片式自清洗过滤器，将此部分结构安装在超滤膜组件的前端区域，所得到的过滤精度能够达到≤100 mm水平，残留在水中的悬浮物能够得到有效的去除，设备为自动化清洗方式，省时省力。

2.2 超滤

该电厂共增设了2套超滤系统，二者均适配了36支超滤膜，所带来的有效膜面积达到了77 m2。基于DCS机制完成对超滤系统的精确控制，加之自动化反洗程序以及化学加强手段，可以完成酸洗以及碱洗两大环节操作，全面保障了超滤膜的洁净度，经处理后得到的水质达到了预定标准，即浊度≤0.10，并且SI15≤2.5。

2.3 反渗透

关于一级反渗透部分，本厂选用的是TML20D-400复合膜，基于一级两段的布置方式，同时一、二段膜的数量呈倍数关系，即14∶7，就理论层面而言，单膜的脱盐率至少可以达到98%甚至更高，且回收率可以达到75%及其以上水平。关于二级反渗透部分，一、二段膜的数量也存在差异，具体比值为10∶4，单膜脱盐率与上述相同，但回收率相对更高一些，可以达到88%及以上。系统可以实现对浓水的回收，将其置于超滤水箱之中，能够显著提升利用率[1]。

反渗透系统实行的是DCS控制方式，内部含有停机保护以及高低压保护两大装置，可以全面保障系统运行的安全性，当系统结束运行后，冲洗系统便会随之运行，从而完成对膜的冲洗操作。

2.4 EDI装置

EDI装置的内部组成较为丰富，除了最为基础的EDI模块外，还设置有流量计、控制系统等多个部分。整个装置设置为全填充式膜堆形式，内部可分为两个系列，二者均可以完成单独运行，其出力水平可以达到2×70 t/h。单套膜块为16台，所带来的回收率可以达到90%，并且出水水质中的SiO2含量能够控制在10 g/L以内。

3 全膜法技术特点及应用

3.1 OF技术

OF技术采用的是机械筛分的方式，充分利用了膜两侧的压差值，将是作为驱动力而完成过滤。在运行过程中，以分子量的大小为基准，从而达到分离颗粒的效果，OF孔径介于25～30 nm，借助于OF能够有效的清理存在于水中的悬浮物以及各类微生物等，因此适用性较强[2]。

3.2 RO技术

基于RO技术，将其应用于水除盐系统中，能够有效的避免废酸碱污染问题。其中以RO膜尤为关键，是一种典型的半透膜，其具有优良的选择透过性，可以达到淡化或是净化的效果。当面对水质含盐量较高的情况时，RO技术具有较高的可行性，因此被广泛应用于靠海或是高盐地区[3]。就当前国内现状而言，有些电厂引入了RO技术，但只将其用于预脱盐环节，此后则选用的是较为传统的离子交换法，此举可以有效控制废酸碱排放量。

在本文所探讨的项目中，RO系统可细分为两级，二者都设置在一个机架上。对于一级RO而言，其选用的是BW30-400/34iFR型膜元件，总数量达到了180支；而对于二级RO而言，则选用的是XLE-440型膜元件，其数量相对较少，为84支。

3.3 EDI技术

相较之下，在对酸碱再生处理工时，EDI技术所带来的效果最为良好，它也满足了当前现代环保发展的基本要求。关于EDI技术的运行机理，它在传统的电渗析基础上综合引入了离子交换法，加之选择性膜以及离子交换树脂二者的结合，可以构成一个填充床，由此达到了电化学持续再生的效果，最终完成超纯水的提取[4]。

在本文所探讨的电厂项目中，EDI模块采用的是tropureXL-SOORL型，系统共设置了24个模块，所带来的回收率可以达到95%。EDI装置共分为两套，其中一套用于日常运行，当其出现异常后另一套则随即启动。EDI结构具有很强的特殊性，它对进水水质提出了极高的要求，因此宜将其置于RO的后端区域。为了使得EDI能够处于稳定运行状态，通常需要将两级RO系统置于EDI之前，此举可以有效去除存在于水中的杂质。

3.4 全膜法工艺流程

全膜法集多种方法于一身，在过滤器的作用下完成对原水的初步处理，将其中的细小颗粒清除，而后再进入到两级反渗透RO之中，达到脱盐的效果，进而转入到EDI之中，达到深度除盐的效果后所得到的水能够作为锅炉补给水[5]。此方法所带来的效果优良，但对应的流程也更为复杂，具体如图1所示。在本文的工程中，引入了两套处理设备，所带来的处理能力可以达到140 m3/h。

图1 水处理工艺流程

3.5 全膜法与离子交换法的比较

对于电力行业而言，对超高压锅炉提出了较高的要求，其水质导电率必须控制在0.2 μS/cm以内，同时SiO2含量不可超过0.02 mg/L，即便采取了二级RO除盐处理，但所得到的效果不够理想，因此还需要进行EDI处理。对此，将围绕全膜法以及离子交换法展开对比分析。

3.5.1 系统出水水质比较

关于二者所带来的出水水质情况如表1所示，可以发现其都满足了所提出的补水要求，但进一步对比可以发现，全膜法所带来的出水水质更为优良，这与EDI装置有着很大的关联。

表1 全膜法与离子交换法出水水质比较

3.5.2 系统比较

(1)系统工艺比较。当采用离子交换工艺后，尽管其出水水质达到了相关标准，可以作为锅炉补水，但在此过程中使用到的酸碱再生树脂量较多，若使用全膜法，无论是阻垢剂还是还原剂等材料的使用量都相对较少。若从废水排放量的角度进行分析，当采用离子交换工艺后，产生的此部分总量更少，但经检测得知废水中的酸碱液占比较大，同时含盐量也相对更高，这会对废水的回收利用水平造成影响[6]。基于全膜法，产生的主要以一级RO废水居多，其中的磷类阻垢剂的数量也得到了良好的控制。

(2)系统操作与控制比较。所选用的2种工艺都基于自动化的方式运行，但离子交换法在操作过程中复杂度较高，容易对设备造成腐蚀。基于全膜法，主要使用到了RO装置以及EDI装置，其使用过程中操作简单，维护也更为方便。此外还需要认识到的是离子交换法中需要使用到大量的离子交换器，因此会随之产生丰富的控制点，相较于全膜法而言数量达到了其两倍以上，因此不利于维护工作的展开。

(3)设备布置及占地面积。若使用全膜法，则需要使用到RO装置，在运行过程中过滤器的滤速通常需要控制在5～8 m/h，当采用离子交换工艺法，所带来的滤速相对较高，此时介于10～12 m/h，但后者的回收率相对较差。对于膜法而言，其所需的工期相对较短，并且设备能够在工厂内完成预组装操作，因此可以有效的减少安装工作量；而对于离子交换法，则需要得到酸碱贮存池的支持，对应的工程量相对较大。

应当明确的是，以上分析所得到的结果均建立在原水含盐量较低的基础之上，当原水含盐量处于较高状态时，仅凭借离子交换工艺所带来的效果相对有限，无论是占地还是酸碱消耗情况都不容乐观，对此，当前的水处理系统则进行了创新，以一级RO以及传统离子交换工艺相结合的方式进行，实际结果表明其带来的效果更为显著。

3.6 技术经济分析

此处对全膜法以及离子交换法进行对比分析，前者的产生量为50 m3/h，后者则为80 m3/h，所得到的结果如表2所示。对其进行分析得知，确保原水不变这一基本条件，相较于全膜法而言，使用离子交换法所需的成本相对更高，即多了0.78元/m3，假定电厂一年运行共需要200万m3水，此时则需要多花费156万元。因此，若从成本的角度进行分析，全膜法所带来的经济效益更为理想，经计算后可知一年时间便可将成本收回。