能源行业可持续发展下的发电厂反渗透膜化学废水处理装置研究

陈雷昊天

（国能徐州发电有限公司，江苏 徐州 221000）

0 引言

随着近年来社会经济的迅速发展与人民生活水平的持续提升，社会生产生活对于电力的需求也不断增加，电能的稳定供应成为了社会稳定运行的重要保障之一。电厂作为电能供应的主要来源，其在发电过程中的用水品质高低与电能稳定供应之间存在着紧密的关系。一旦低质量用水中的杂质等有害物质通过用水循环系统造成热力设备的损坏，那么将会直接对发电厂的经济效益与社会效益造成严重影响[1-2]。除此之外，一旦水中的杂质等物质与锅炉内的物质形成化学反应，造成发电设备主线诸如设备腐蚀、设备长期结垢等现象，更有可能引发诸如爆管等发电厂安全性事故，对发电厂的正常运转与员工生命安全形成威胁[3]。有鉴于此，本次研究针对发电厂化学水处理问题提出了一套基于反渗透膜处理的废水处理技术，为发电厂化学水处理提供理论支持。

1 电厂化学水处理标准

电厂化学水处理标准依据《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》，对电厂用水的各项液体指标都有严格的处理判定，具体如表1 所示。

表1 化学水处理标准

由表1 可知，若在水循环过程中的水体的pH 值相对较低，那么水体将会对发电厂的装置钢材料产生一定腐蚀性，而如果水体的pH 值相对较高，那么水体中含有的氢氧化钠会形成碱性腐蚀等问题，因此在进行电厂化学水处理时，应将水体的pH 值保持在适宜状态，这样更加方便在化学废水过滤循环时释出水渣。另外，发电厂化学水的总体含盐量与导电率都会对发电厂装置的运行状况造成一定影响，将诸如水体氯离子、磷酸根等维持在适当水平有利于避免水体循环过程中的腐蚀与结垢。

2 发电厂反渗透膜化学废水处理装置与使用流程

2.1 预处理步骤

预处理是反渗透膜化学废水处理装置的至关重要的第一步，它能够有效地去除废水中的大部分固体和其他悬浮物，以免阻塞反渗透膜，从而延长了膜的使用寿命。预处理的目标是提高反渗透系统的运行稳定性和经济性。预处理通常由多个步骤组成，具体步骤会因为化学废水的成分和来源的不同而有所区别。首先，发电厂的化学废水需要经过粗粒预处理，主要用来去除废水中较大或较重的颗粒和固体。常见的粗粒预处理方法有影响力笼、旋转鼓过滤器、筛网和沉降池等。这个步骤有助于防止大颗粒物体阻塞下游的过滤和膜分离设备。接下来，废水将进入凝结处理步骤。凝结过程的主要目的是使细小的悬浮物和颗粒团聚成大的凝结体，使其更易于通过沉降、过滤等方法去除。该过程通常需要添加凝结剂，如无机盐（铁盐和铝盐）或有机高分子物质。然后，废水需要进行酸碱度（pH）调整以到达反渗透膜能正常工作的pH 值。这通常通过添加酸或碱一类的化学药剂来达到。不同的反渗透膜需要不同的操作pH 范围，一般在6～8 之间。接着，废水将进入微粒过滤步骤。在这里，多孔的过滤介质被用来截留颗粒，主要用来进一步去除大颗粒物和悬浮物，常见的过滤方法有袋式过滤器、旋流分离器以及压力过滤器等。最后，废水会通过软化处理步骤进行除硬，这通常通过离子交换，滤料吸附或膜分离的方式来去除废水中的指示硬度离子（如钙，镁）。这些硬度离子可能会在反渗透膜上形成结垢，影响膜的性能和使用寿命。预处理不仅可以保护反渗透膜，减少膜的清洗频率，延长膜的使用寿命，还可以提高废水的处理效果，降低整个废水处理系统的运行成本。因此，发电厂反渗透膜化学废水处理装置中的预处理步骤起着非常重要的作用。当然，选择何种预处理策略，要结合具体的应用场景和废水成分进行评估确定。

2.2 反渗透技术

对于发电厂废水处理，预处理步骤之后的关键环节即为反渗透技术的设计。反渗透技术是一种高效的膜分离技术，已在全球广泛应用于水质处理和纯水产生。采用反渗透技术处理废水，不仅可以实现高效率、高质量的水回用，更实质性地改善了环境污染问题。

在设计反渗透工序时，首先需要考虑的是反渗透膜的选择。反渗透膜的种类、性能和质量直接决定了反渗透系统的处理效率及运行成本。需要选择低污染、高排污、高回收率的反渗透膜，以确保设备的长期稳定运行。其中，最常用的是聚酰胺膜，因其具有良好的化学稳定性和优异的脱盐性能。

反渗透系统的设计还需要考虑设备配置。一般的配置包括预处理单元，如沉淀池、过滤器等，高压泵，反渗透单元和清洗单元等。其中，关键设备的位置、顺序、规模等都需要详细规划。例如，反渗透设备前应设置适当的预处理设施以保护反渗透膜，以延长其使用寿命。为了提升反渗透系统的处理效果和运行效率，研究充分利用了脉冲流技术。该方法即利用周期性的压力波动使得废水在膜面上产生涡旋，有效降低了膜面污染，改善了系统的运行稳定性。

其次，研究采用了二级反渗透工艺，在一级反渗透处理过滤不完全的高浓度污染物，再通过二级反渗透进一步过滤，极大提高了废水的处理效果。对于处理后的浓盐水，研究采用高效能浓盐水回收设备进行处理，能够有效回收浓盐水中的水和盐，节约了处理成本，加强了可持续发展。此外，对于设备管理，还需引入智能化模型进行监测、调节和优化的系统设计。通过安装传感器，监测设备运行情况，并以此实现对设备运行状态的即时调整，以提高设备运行效率。

最后，充分考虑设备布局优化问题，采用最小化设施占地面积的设计，能够节约场地，减少对环境的影响。结合以上元素设计而成的反渗透步骤不仅有着优越的废水处理性能，也具备了高效、节能、环保等一系列优势，在实现废水处理的同时，也实现了对环境资源的有效保护。

2.3 反渗透清洗

反渗透作为一项成熟且被广泛接受的技术，其应用成功与否主要取决于其维护，特别是清洗的过程。对于发电厂来讲，反渗透清洗设备是必不可少的清洗步骤，它可以高效地去除膜表面的污染物，防止膜表面的膜堵和膜污染。在反渗透系统中，水中的微小颗粒物质可附着在膜的表层，尤其是在反渗透膜的排水侧，这些颗粒物质可能会阻塞反渗透装置的作用，降低其排除盐分的效果和稳定出水的效果。微小颗粒物质和水中的有机污染物是反渗透膜清洗的两大难题。

为了解决这两大难题，研究对反渗透清洗设备进行了创新设计。首先，采用了高频震动清洗技术，它利用高频震动产生的机械力清除尘埃颗粒和有机污染物。不用添加任何化学清洗剂，避免了二次污染，这对环保型发电厂来说具有重要的意义。其次，设计了高效清洗剂循环系统，它可以将清洗剂高效地循环使用，充分发挥清洗剂的作用，极大地节约了清洗过程中的清洗剂使用量。此外，为了保证清洗效果，还可以采用自动化清洗系统，它可以根据系统的运行状态自动调整清洗参数，包括清洗的时间、清洗剂的浓度等，充分发挥清洗剂的作用，保证清洗效果。自动化清洗系统还具有清洗周期提醒功能，能够定时提醒操作员进行清洗，减少了人为的疏忽导致的清洗效果不佳。以自动化的流程进行反渗透清洗。这一流程包括初步清洗，深入清洗以及后处理。初步清洗主要针对表面积大的颗粒杂质，深入清洗则是用于清洗膜孔内部的更难以去除的杂质，后处理则是为了恢复膜的性能，保证清洗后的反渗透膜能够重新投入使用。这一创新设计不仅实现了对杂质的全方位、深度清洗，更实现了清洗后的即刻复工，大幅提升了设备的长期运行效率。

另外，传统的清洗溶液往往采用一种通用型的配方，但由于不同的污染物和工况需要不同的清洗方式，这无疑降低了清洗效果。因此，通过对各类杂质的深入研究，成功合成出更具针对性的清洗溶液。这些溶液可以针对特定的污染物或工况，实现高效清洗。同时，由于增强了清洗溶液的效果，降低了溶液的使用量，实现了同样的清洗效果，但对环境的影响则更小。

为了提升清洗监控效果，还需要引入目视检测系统，操作员可以通过这个系统监控清洗过程，查看膜的清洗情况，从而及时调整清洗参数，保证清洗效果。通过目视监控系统，还可以发现反渗透膜的破损和磨损情况，以预防和处理可能出现的故障，该方法可以充分提升反渗透清洗的效率和效果，降低维护成本，确保反渗透系统的稳定运行，为发电厂提供持续稳定的反渗透处理效果，实现化学废水的高效处理。

3 结论

研究针对可持续发展下发电厂内部水体循环过程中的化学废水处理问题，设计了一种基于反渗透膜技术的发电厂内部水循环化学废水处理装置。该装置通过水体预处理、反渗透过滤与反渗透清洗三个主要步骤实现发电厂内部水循环过程中的废水处理，减少化学废水中的有害杂质对于发电厂内循环设备的损坏。同时研究针对反渗透化学水处理装置进行了一定设计，实现了针对不同污染物质的清洗环境和清洗试剂针对化，进而达到更佳的清洗效果。在保证发电厂内部设备安全性的同时也实现对清洗装置自身的反向自清洁，为发电厂内存换化学废水处理提供一种新的技术性思路。