【污水處理技術(shù)】膜法水處理應(yīng)用于發(fā)電廠
1.介紹
鍋爐補(bǔ)給水的制備工藝近些年有了比較大的進(jìn)步。傳統(tǒng)的制備工藝主要利用混凝、澄清、過濾來去除懸浮物，利用離子交換技術(shù)來去除水中各種鹽離子，稱為化學(xué)水處理：
傳統(tǒng)工藝存在的主要問題一是預(yù)處理系統(tǒng)的效率不高，流程長(zhǎng)，效果不穩(wěn)定；二是離子交換樹脂需酸堿再生，大量排放酸堿廢水，污染環(huán)境。
近些年隨著水資源的匱乏和環(huán)保呼聲的提高，新的水處理技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭很快。利用各種膜分離技術(shù)可以構(gòu)建如下的鍋爐補(bǔ)給水處理流程：
其中，超濾與傳統(tǒng)的預(yù)處理技術(shù)相比，其產(chǎn)水水質(zhì)更好，可以為下游反滲透膜提供最佳的保護(hù)，使得污水或者廢水進(jìn)入反滲透脫鹽成為可能；而反滲透則是這個(gè)工藝中脫鹽的核心，它可以去除98％以上的各種離子； EDI新技術(shù)近兩年來我國(guó)多個(gè)熱電廠的鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)中得到應(yīng)用，它取代傳統(tǒng)的混床，無需消耗酸堿就可連續(xù)制取高純水，是一項(xiàng)環(huán)保的新技術(shù)。這個(gè)“全膜法”工藝是一個(gè)“物理”的凈化過程，它高效、環(huán)保，并且在投資、運(yùn)行、維護(hù)方面擁有諸多優(yōu)勢(shì)，從而引起廣泛的關(guān)注。
山西古交發(fā)電廠是全國(guó)最大的燃用洗中煤的坑口電廠之一。規(guī)劃容量為4×300MW。古交發(fā)電廠由山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)工程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員針對(duì)電廠亞臨界鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的工藝進(jìn)行了大量的前期調(diào)研工作，在此基礎(chǔ)上比較了傳統(tǒng)的一級(jí)除鹽加混床、反滲透加一級(jí)除鹽加混床、以及“超濾－反滲透－EDI”三種工藝的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性。最后初步擬定了第三種全膜法的方案。
考慮到超濾和EDI新技術(shù)在國(guó)內(nèi)30萬千瓦以上的大機(jī)組中沒有應(yīng)用的先例，而EDI作為補(bǔ)給水系統(tǒng)最后一道處理工序，其產(chǎn)水水質(zhì)直接關(guān)系到鍋爐和汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。因此，在實(shí)地考察的基礎(chǔ)上，山西恩華能源公司、山西電科院、山西電力設(shè)計(jì)院組織了一個(gè)聯(lián)合試驗(yàn)組，在古交電廠的水源地－萬家寨針對(duì)黃河水連續(xù)進(jìn)行了兩周的現(xiàn)場(chǎng)中試。中試的主要目的包括：
1）考察是否有必要使用超濾，超濾的產(chǎn)水水質(zhì)，超濾本身抗污堵的狀況；
2）考察EDI的產(chǎn)水水質(zhì)是否能夠安全可靠地滿足超高壓鍋爐的用水要求；
2.試驗(yàn)水質(zhì)以及工藝設(shè)備
2.1試驗(yàn)流程
試驗(yàn)采用如下的膜法處理流程：
試驗(yàn)規(guī)模：超濾產(chǎn)水：4.5m3/h；EDI產(chǎn)水：2.0m3/h
2.2試驗(yàn)用水質(zhì)
試驗(yàn)所取萬家寨黃河水水質(zhì)資料見表1。
表1. 萬家寨黃河水水質(zhì)
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含量（mg/L） | 項(xiàng)目 | 含量（mg/L） |
| K+ Na+ | 130 | Cl- | 105 |
| Ca2+ | 61.7 | SO42- | 214 |
| Mg2+ | 35.2 | HCO3- | 245 |
| TDS | 725 | 膠體硅 | 49.6 |
| SS | 31 | 溶解硅 | 7.2 |
| COD-Mn | 4.2 | pH | 7.7 |
| TOC | 5.6 |
2.3試驗(yàn)裝置及分析手段
試驗(yàn)裝置采用一體化的集裝箱式中試裝置，全自動(dòng)控制。其中包括：
1. 雙濾料過濾器1臺(tái)；
2. 超濾裝置1套。含 OMEXELLTM-SFP2660超濾膜4支（膜材質(zhì)為PVDF）；
3. 一級(jí)、二級(jí)反滲透裝置各一套；
4. EDI裝置一套。含OMEXELLTM-210 EDI元件一支及附屬系統(tǒng)。
試驗(yàn)中檢測(cè)的項(xiàng)目及方法如下：
表2. 檢測(cè)的項(xiàng)目及方法
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檢測(cè)方法 | 儀器名稱 | 規(guī)格型號(hào) | 精度 | 制造廠 | 檢測(cè)頻率 |
| 濁度 | 取樣人工 | 濁度儀 | 2100P | ±0.01 | HACH | 2小時(shí) |
| SDI | 人工手動(dòng) | SDI測(cè)定儀 | Millipore | 4小時(shí) | ||
| SiO2 | 取樣人工 | 分光光度計(jì) | 721型 | 2次 | ||
| 硬度 | 取樣人工 | 化學(xué)滴定 | 2小時(shí) | |||
| 電導(dǎo)率 | 在線自動(dòng) | 電導(dǎo)率表 | 8850 | ±0.1 | Signet | 1小時(shí) |
| pH值 | 在線自動(dòng) | PH表 | 8750 | ±0.1 | Signet | 1小時(shí) |
| 流量 | 在線自動(dòng) | 流量計(jì) | 8550 | ±0.1 | Signet | 1小時(shí) |
| 壓力 | 在線自動(dòng) | 壓力表 | ±0.01 | Wika | 1小時(shí) | |
| 溫度 | 在線自動(dòng) | 溫度表 | 8850 | ±0.1 | Signet | 1小時(shí)
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3. 試驗(yàn)結(jié)果與討論
3.1 預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)濁度的去除
預(yù)處理系統(tǒng)包括雙濾料過濾器裝置和超濾裝置，主要去除水中的顆粒、膠體、懸浮物、大分子有機(jī)物、濁度等，使出水滿足反滲透的進(jìn)水條件（主要有濁度和SDI值兩個(gè)指標(biāo)）。
1) 雙濾料過濾器出水濁度最高43.3NTU，最低2.6NTU，出水濁度受原水濁度的變化影響較大，去除率在46.96%~94.51%之間。
2.)超濾出水濁度最高0.4NTU，最低0.14NTU。去除率在92.19%~99.52%之間。
說明：超濾的降濁作用非常明顯，在雙濾料出水濁度較高、變化較大的情況下，出水濁度也非常穩(wěn)定，能滿足反滲透進(jìn)水濁度＜1NTU的要求。
圖1. 預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)濁度的去除情況
3.2 預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)SDI的去除
SDI值是污染指數(shù)的簡(jiǎn)稱，在反滲透系統(tǒng)中，用來衡量反滲透進(jìn)水的一個(gè)重要指標(biāo)。反滲透系統(tǒng)進(jìn)水要求15分鐘SDI值SDI15＜5，推薦值SDI15＜4。反滲透進(jìn)水SDI15值越小說明進(jìn)水對(duì)反滲透膜的污染程度越小。
試驗(yàn)期間超濾出水SDI15值的變化曲線如圖2所示。從圖中可以看出超濾出水SDI15值最大1.33（出現(xiàn)在萬家寨水庫(kù)排砂，原水濁度＞100NTU期間）最小0.00，除了4次＞1.0外，其余均＜1.0；優(yōu)于SDI15＜4的反滲透進(jìn)水推薦值。說明SFP超濾對(duì)污染指數(shù)SDI15值有很有效降低作用。超濾進(jìn)水（即雙濾料過濾器出水）SDI15>6.67（SDI極限值）, 無法測(cè)量。這表明，如果不使用超濾進(jìn)行更深度的處理，雙濾料過濾器的產(chǎn)水是不能滿足反滲透的進(jìn)水要求的。因此，在此水質(zhì)條件下，超濾是必需的處理工序。
圖2. 預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)SDI15的去除情況
3.3 超濾裝置進(jìn)出水壓差的變化
試驗(yàn)期間保持產(chǎn)水流量不變，監(jiān)測(cè)超濾進(jìn)出水壓力數(shù)據(jù)，得到超濾的進(jìn)出水差壓變化曲線，并經(jīng)溫度修正后如圖3所示。可以看出，超濾的進(jìn)出水壓差在試驗(yàn)期間有一定的波動(dòng)，但總體沒有明顯的升高趨勢(shì)。說明在此期間超濾膜沒有明顯的污堵。
圖3. 超濾過膜壓差的變化情況
3.4 反滲透和EDI的除鹽情況
除鹽系統(tǒng)包括一、二級(jí)反滲透和EDI。一級(jí)反滲透作為預(yù)脫鹽裝置，脫除水中大部分的溶解鹽類、顆粒、硬度、活性硅，二級(jí)反滲透和EDI作為精脫鹽裝置，進(jìn)一步脫除水中微量的溶解鹽類、硬度、活性硅，使整個(gè)系統(tǒng)的出水水質(zhì)達(dá)到超高壓亞臨界鍋爐的補(bǔ)水水質(zhì)要求。原水和EDI產(chǎn)水電導(dǎo)率的變化如下圖所示：
圖4. 原水與EDI產(chǎn)水電導(dǎo)率的變化
3.5 膜法除鹽系統(tǒng)對(duì)硅的去除
硅是鍋爐補(bǔ)給水的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在電廠的運(yùn)行中硅的含量被嚴(yán)格監(jiān)測(cè)和控制。試驗(yàn)期間，對(duì)膜法除鹽系統(tǒng)的進(jìn)、出水硅含量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析。其中兩次取水樣送至“北京譜尼理化分析測(cè)試中心”進(jìn)行低含量硅的分析，分析結(jié)果如下：
表3. 水樣低含量硅分析
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水樣一（取樣時(shí)間：2003年3月29日9:00） | 水樣二（取樣時(shí)間：2003年4月2日12:00） | ||||
| 1 | 原水 | 全硅（mg/l） | 8.73 | |||
| 活性硅（mg/l） | 8.18 | |||||
| 2 | 雙濾料出水 | 全硅（mg/l） | 6.69 | 雙濾料出水 | 全硅（mg/l） | |
| 活性硅（mg/l） | 6.28 | 活性硅（mg/l） | 8.01 | |||
| 3 | 超濾出水 | 全硅（mg/l） | 6.16 | |||
| 活性硅（mg/l） | 5.79 | |||||
| 4 | 一級(jí)RO出水 | 全硅（mg/l） | 0.084 | 一級(jí)RO出水 | 活性硅（mg/l） | 0.078 |
| 去除率 | 98.64% | 去除率 | 99.02% | |||
| 5 | 二級(jí)RO出水 | 全硅（mg/l） | 0.012 | |||
| 去除率 | 85.71% | |||||
| 6 | EDI出水 | 全硅（mg/l） | 0.002 | EDI出水 | 活性硅（mg/l） | 0.003 |
| 去除率（%） | 83.30% | |||||
從表中數(shù)據(jù)可以看出，膜法除鹽系統(tǒng)各單元對(duì)硅均有較高的脫除率。一級(jí)反滲透脫硅率達(dá)到99%左右，與設(shè)計(jì)軟件的計(jì)算值接近；而二級(jí)反滲透進(jìn)水的硅含量較低（84ppb），其對(duì)硅的脫除率也相對(duì)較低，約86％；而EDI對(duì)硅的脫除率約為83%。試驗(yàn)期間系統(tǒng)產(chǎn)水硅含量在0.003 mg/L(3ppb)左右。
另外，EDI產(chǎn)水中的硬度指標(biāo)始終保持在檢測(cè)下限之下，符合鍋爐用水的要求。
4. 結(jié)論
通過試驗(yàn)過程和試驗(yàn)過程各種數(shù)據(jù)的分析，可以得出以下結(jié)論
1) 試驗(yàn)期間，萬家寨水庫(kù)水經(jīng)過“雙濾料過濾+超濾+兩級(jí)反滲透+EDI”的工藝處理后，出水硬度、活性硅、電阻率各項(xiàng)指標(biāo)完全能滿足古交新建超高壓亞臨界鍋爐補(bǔ)給水的要求。
2)雙濾料過濾后水質(zhì)的濁度和SDI值均不滿足反滲透的進(jìn)水要求；而經(jīng)超濾處理后，產(chǎn)水濁度小于1、SDI小于1，可大大降低反滲透膜的受污染程度。同時(shí)超濾本身沒有觀察到明顯的污堵現(xiàn)象；
3.)EDI出水硬度接近于0、活性硅含量?jī)H3ppb、電導(dǎo)率低于0.06mS/cm，各項(xiàng)指標(biāo)完全能滿足古交電廠超高壓亞臨界鍋爐補(bǔ)給水的要求。考慮到原水硅含量可能的波動(dòng)、反滲透和EDI設(shè)備性能長(zhǎng)期運(yùn)行后可能的衰減等因素，綜合認(rèn)為該工藝是安全、可靠的。
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