电渗析技术处理火电厂废水应用

张倩

关键词：电渗析;火电厂;废水处理

1ED的原理和性能

近些年来，ED技术逐渐在废水处理及零排放工艺中展现出独特的优势。ED系统主要由电极、离子交换膜、隔板、辅助垫片等组成，并被液压装置压紧在机架上。含盐水经过循环泵进入ED膜堆，并通过隔板将盐水分布在各个淡水室，在两极板的强电场作用下，盐水中的阴阳离子发生定向移动，阴离子穿过阴离子交换膜迁移到浓室，继续迁移时受到阳离子交换膜的阻挡而停留在浓室，阳离子亦然。随着离子的迁移，浓水室的含盐量越来越大，淡水室的含盐量越来越小，达到出水条件后在各自水箱中溢流排出。评价ED最直观的性能在于淡水回收率、电流效率、脱盐能力和使用寿命等因素。除了自然条件外，进出水流速和模式、离子含量和种类、电流密度和离子交换膜的性质等，均深深影响着ED设备的性能。

由于离子在离子交换膜中的传质速率远大于在水中，因此随着电流密度的不断升高，膜两侧会出现浓差极化现象，导致能耗的增加及膜破坏的可能，因此工作电流密度应在极限电流密度之下。MENG等研究表明，膜堆的最大工作电流密度应处于极限电流密度的70%～80%。离子交换膜是ED最核心的部分，几乎决定着ED系统的性能。李丽等实验对比了中外5家生产商制备的离子交换膜除盐性能，结果表明，其中AGC传质性能较好、能耗较低，应用于纯盐浓缩工艺更占优势。

2ED在火电厂水处理中的应用

除了应用于海水淡化及海水制盐外，ED还广泛用于火电厂的水处理工艺中。自上世纪70年代起，ED常用于锅炉补给水的脱盐处理中，如上海崇明发电厂、吴淞发电所和保定石油化工电厂等。运行结果显示ED脱盐效果较好，水回收率较高，大大地减轻了离子交换系统的负担。但是限于当时技术的不成熟如膜易破损、出现黄水、易结垢和除硅效果差等，以及反渗透在脱盐处理中的迅速成熟，ED在工业水处理中未能大量使用。据BURN等统计，截止到2015年，在全球水脱盐处理总容量中，反渗透技术约占65%，多级闪蒸占21%，而ED仅占3%。但是近些年来，随着ED技术的不断研究和优化，在火电厂水处理中也得到更多的研究和应用。陈文婷等通过中试研究了频繁倒极电渗析处理电厂循环水排污水（硬度739mg/L，电导率3.039mS/cm），结果表明，在产水率高于80%的前提下，脱盐率大于80%，出水水质优于循环水回用水质标准，能耗为1.93kW·h/t。谢春玲等通过中试验证了双膜法-ED组合的工艺处理循环水排污水的可行性，通过ED处理RO浓水，淡水回至RO进水，系统总回收率高达96.1%。

目前，ED在火电厂水处理中最成熟的应用是与离子交换法结合成电去离子技术，其有机结合了ED与离子交换的特点，具有除盐率高、无需化学药剂再生、自动化程度高、运行成本低等优势，广泛应用于锅炉补给水、凝结水精处理等系统的深度除盐工艺中。然而，EDI至今在超纯水制备中仍占据较小份额，传统的离子交换树脂法市场比例仍接近于90%，相应的市场规模仍然需求巨大。近几年来，随着火电厂脱硫废水等末端高盐废水零排放的不断推进，形成了以“预处理-浓缩减量-结晶蒸发”为主的零排放水处理工艺。脱硫废水水质波动大，硬度大、悬浮物和盐含量高且复杂，处理困难。电厂普遍采用三联箱技术、双碱法等预处理技术，后续常采用管式微滤膜和中空纤维超滤等进一步除硬和除浊。浓缩减量技术是废水零排放工艺的关键所在，关乎着零排放系统的工艺、投资和运行。浓缩减量技术可分为热法和膜法，热法主要包括机械蒸汽再压缩（MVR）、低温多效蒸发（LT-MED）和多级闪蒸（MSF）等，膜法主要包括高压反渗透膜（SWRO）、碟管式反渗透膜（DTRO）、正渗透（FO）和ED等。较多研究者如AMSHAWEE、YAQUB和韦锋涛等对比了各种浓缩减量技术的优缺点及能耗，总结如表1。

由表1可知，热法技术成熟，但能耗高、设备有腐蚀风险，膜法浓缩不涉及水分子的相变反应，能耗较低，自动化水平较高，适用于当下智能电厂、电站的建设。在膜浓缩工艺中，FO技术浓缩倍率高、出水盐含量可控，已应用于华能长兴电厂，其电耗约为10kW·h/m3，但相对于RO和ED，其能耗依然略高，且存在汲取剂再生的问题。以DTRO为代表的高压反渗透具有能耗低、脱盐率高、出水水质好且技术成熟的优势，已应用于国电汉川电厂和华电包头电厂等。但是高压反渗透依然面临着不可忽视的劣势——浓液含盐量低（质量分数10%～15%），离蒸发结晶的适宜进水盐含量差距依然较大，这无疑提高了蒸发结晶段的能耗和规模。

为了改善这个问题，ED这一传统的脱盐工艺再一次得到应用与发展。因为RO是将比例极大的水透过膜从溶液中挤压出来，而ED是电场力直接作用在离子上，随着离子迁移完成分离过程。因此ED具有更高的浓缩效率。实验表明，ED浓水的盐的质量分数可达20%以上，尽管仍未达到适宜的结晶蒸发进水量，但ED较大程度上减少了高盐废水的量，大大降低了后续零排放的成本和难度，提高了水的回收率（可达90%以上）。

结语

与其他脱盐技术对比，ED在高盐废水的浓缩减量阶段表现出了浓缩倍率高、浓缩液量较少、自动化水平高、能耗较小等优点;新型的ED技术也展现出巨大的应用前景，如BMED用于高盐废水浓缩液的资源化处理、SED对脱硫废水的分盐浓缩以及EDM对脱硫废水的抗结垢浓缩。

参考文献

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