电渗析水处理工艺的技术改进施工研究

文／何云飞 中创宏远（北京）环保科技有限公司 北京 100000

引言：

我国现代工业的生产注重技术方面的研究，电渗析水处理工艺作为工业生产中一项重要的技术，在实用中体现出巨大的优势。某发电厂属于中温中压的火力发电厂，总系统装机的容量可以达到60MW，位于我国的北方地区的某矿场中，运行的环境相对恶劣，每年的冬天周围的水源会出现冰冻的情况，则发电厂的水质就会受到严重的影响，硬度最高可以达到12mmol/L，碱度则可以达到24mmol/L，含盐率也非常高，在工业生产中这种情况被称之为“三高水”，是不宜于应用工业生产的。

在每年初夏，部分积雪融化且降雨量增多，该发电厂的水源水质才相对转好，水质中的含盐率逐渐下降，但水质的显著变化依然使发电厂的水处理工作面临着巨大的难题，影响着发电厂的稳定运行，也限制着电渗析水的效果，所以技术人员需要在电渗析水处理工艺中实现技术的突破，才能对原电渗析水处理系统做出合理的优化，解决以往系统中存在的各类问题。

1、原电渗析水处理系统中存在的工艺问题

原电渗析水处理工艺在技术改进之前，处理系统的生产工艺流程包括引入水源、加入石灰、澄清池到过滤器，经过电渗析器以后再流入一级钠离子交换器，之后进入二级钠离子交换器。冬季的电渗析水处理工艺会受到石灰与澄清系统的影响，这部分处理过程又会受到生水温度及流速的影响，所以冬季的电渗析水处理工艺出水水质难以达到标准的要爱去，而且技术人员反复清晰过滤器可能会导致电渗析器的解体，严重情况下会威胁到发电厂的运行安全。

工业企业在生产的过程中要停止使用石灰与澄清系统，如果技术直接使用三高水，就会将电渗析装置的电极极水区存在结垢的问题，或者引发其他的问题导致整体系统的运行效率大幅下降，还可能会引发系统不程度的堵塞，因此，技术人员必须要对电渗析前置环节做好相关技术的研究。

图1 发电厂

从该发电厂近七个月的水质坏水期记录的数值研究来看，这一阶段的水质酸碱值处于8.7-9.4之间，水质的PSI结垢指数可以达到7.88，最小是6.0，所以技术人员可以初步判断该发电厂的水质结垢属于不稳定型。电渗析器的脱盐原理是根据水室变化的特点得出的，会不可避免的发生电渗析器的内部结垢情况，技术人员要优化原电渗析水处理工艺，就需要解决结垢的严重问题，可以选择在生水中加入适当的盐酸，用于调整生水的酸碱值，将其控制在8.0的标准之下，能够完成水中碳酸根离子和氢氧根离子的转化，有效的防止水中电极区域浓水室部分的结垢问题。

从该发电厂的生水月度水质变化分析报告中可以看到，生水的悬浮物与COD质量浓度变化处于40-120与8-15的状态之间。北方夏季气温回升，发电场周围的水源解冻，处于鱼类繁殖的旺盛期，不免有水生物进入到工业生产的生水处理系统中。在电渗析装置的设计使用规章中也明确的记录着，电渗析器的入口水浓度质量要控制在3mg/L之内，才能维持电渗析器的稳定运行。

图2 电渗析设备

电渗析器的前置预处理设备中要采用无烟煤的过滤器，搭配石英砂双层过滤，可以去除生水中大量的微生物及悬浮物，之后生水经过高效气囊组成的纤维过滤器，进一步精细化处理，可以有效的防止水中悬浮杂质引发的堵塞问题。如夏季生水中含有的大量菌类与藻类微生物，技术人员要对生水采取必要的灭菌、灭藻处理措施，可以有效防止电渗析装置的内部微生物繁殖问题，减少水室堵塞的情况。技术人员通过对电渗析水处理工艺的系统进行反复的论证，可以将制水工艺调整为冬季加入盐酸，夏季加入氯气，生水经过双层床机械过滤，又通过高效气囊纤维过滤与精美过滤的一体化处理，进入电渗析器之中，通过一级钠离子和二级钠离子交换器的处理，向水中加入氨气，成为工业生产中使用的补给水。

2、电渗析水处理工艺的技术改进措施

2.1 设计依据

该发电厂中的锅炉总蒸发量为330t/小时，而水处理系统中设计的补水率可以达到5%以上，其他情况下的水损失率为7%，电渗析器的进水含盐量为2400。但原锅炉允许的补给水含盐量是在1800以下，很明显实际的进水并不符合锅炉的要求，甚至也无法达到锅炉规定的2%的排污率。技术人员对电渗析器的指标进行计算，其中淡化水的出水量要达到330×（7%+5%）≈40，而水中的盐平衡计算脱盐率要达到1-1800×2%÷（7%+5%）÷2400≈88%。这两个数值是原电渗析水处理工艺及系统优化的设计依据，经过技术人员设计后的电渗析水处理系统要能够满足这两方面的条件，否则就依然没有达到理想的效果。

2.2 选择电渗析器的部件

技术人员在优化电渗析器时，要考虑其中的各部分构件，包括了隔板、阴阳离子交换膜及电极板，其中隔板的组装方式比较简单而且整体工艺的配合性能较好，技术人员可以采用实用优势比较明显的0.8×400×1600mm无回路式的隔板。选择阴阳离子交换膜时可以选择异相膜。同时技术人员要成分考虑电渗析器对电极的耐腐蚀性，于是在优化电渗析水处理工艺的过程中选择了钛镀电极，整体的电流可以达到KGBA125/380.200的标准，实现三相全满可控的硅整流电流。

由于该发电厂面临着三高水的恶劣条件，所以相关电渗析器的实验研究数据增长率非常高，平均每1330m的有效流程中，脱盐率可以达到45%，最低值为15%。技术人员选择了节水型的设计方案，采用三级两段体外串联的方式，在中间管道进行升压，浓水深处可以利用电渗析处理器完成生水的过滤工作。根据试验的结果，技术人员可以发现三级四段电渗析器的对模出水量数值较高，可以达到每10对膜的出水量大于1.2吨，所以优化后的电渗析器总膜对数所需量为10×40/1.2=330。

图3 电渗析器

2.3 改进电渗析主体的系统技术

技术人员要进一步提升发电厂生水的利用效率，对电渗析的主体系统技术做出优化改进，技术根据电极极水去的内部结构特点采取了相关改进措施，在保证水流量充足的情况下，取消了常规设计中的极水专供管道及流量计算情况，实现附件的连接及区极水装置的简化与优化，连接了相关实用性更优的附件，包括流量计算的装置，使技术系统的运行更加方便。在十几年的实践优化过程中，原有的电渗析水处理工艺已经不再适用于当下时代工业的生产，经过改进后的电渗析水处理系统对原水的利用效率更高，在原有基础上可以提升8%的利用率。

技术人员根据电渗析系统的脱盐原理，解决了三高水在电渗析体内的结垢问题，尤其是浓水回收的电渗析组结垢问题更加严重，技术人员在系统中设计了辅助清晰的部分，可以通过化学清洗的方式，及时的消除内部结构。既可以有效的防止内部结垢物质产生，又可以防止离子交换膜发生铁中毒的情况，在控制流量及水压力等方面都可以起到良好的优化作用。在电渗析器的入口水压大于0.28MPa时，电渗析离子交换膜可能会出现铁中毒，此时的水脱盐率会大大下降，运行中的盐酸反清洗装置会自动对电渗析本体内部进行化学清洗，消除系统在制水过程中遇到的障碍。

2.4 电渗析水处理工艺改进的效果

技术人员采用了段单体检修及无极水旁路等方式来改进电渗析水处理工艺及相关装置，使发电厂对生水的利用效率达到70%，实际的脱盐率达到了87%，全面整合了锅炉补给水的水处理工艺。技术人员从以往十几年的生水处理数据统计中，发现锅炉的排污率从8%下降为3.4%，而且锅炉给水管道的运行时间也从7年提升到20年，相关设备的腐蚀情况逐渐下降，汽水的损失率越来越小，如今已经可以到达正常值。发电厂每年的软化水能够节省2.2×100000吨，帮助企业节省每年投入的成本200余万元，使发电厂的市场前景更好。

图4 电渗析器原理图

2.5 电渗析水处理工艺的注意事项

夏季期间的电渗析水前置装置的反清洗不彻底，可能会导致预处理系统存在大量的菌类与藻类，那么水质就会非常复杂，技术人员在联合灭菌的过程中，应当对电渗析入口处残留的氯气含量加强控制，其浓度不可超过1.0的标准，否则容易破坏电渗析器的氧化状态，导致脱盐率的降低，或者造成电极腐蚀。处理三高水时，随着水温的上升，水的脱盐率也会上升，但是可能导致浓水室存在严重的结垢情况，而且整体系统的耗电量非常大，技术人员在这一部分设计温度控制的环节，将温度控制在20℃之下，使倒极的操作时间在2小时之内。如果是淡水或者浓水的地下水箱电渗析系统，技术人员要注重各个流程的电渗析操作程序，避免在处理水的过程中因本体负压导致结构变形。见图5

图5 电渗析器现场图

结语：

在我国现代工业的生产中，对工业用水的需求越来越大，但从自然界中直接获取的水资源需要经过系统的处理以后才能应用于工业生产，而直接获取的水资源水质相对复杂，所以电渗析水处理工艺的应用是非常必要的。但在不同的地理环境中，水资源的处理要求也不相同，有些地区中水资源处理难以获得满足，技术人员就需要对现有的电渗析水处理工艺加以革新，使之可以适应现代工业的发展需求，具备更强大的水处理作用，为工业生产提供更高的水质。