浅谈全膜法水处理技术在火力发电厂中的应用
摘要：针对火力发电厂中全膜法水处理技术的应用，结合华能南京金陵电厂实际情况，从工艺流程、特征入手，对全膜法水处理系统应用进行分析，最后通过对运行效果及经济性的对比分析，得出该系统经济适用、效果突出的结论。 关键词：火力发电厂；全膜法；应用
全膜法是一项近几年提出的全新高纯水制备技术，它成功将离子交换、电渗析等技术结合在一起，不仅有效解决了单一运用电渗析无法进行深度除盐的难题，还充分借助电渗析的极化作用对水进行电离，生成氢离子与氢氧根离子，推动树脂再生，很好的填补了传统工艺无法持续作业等方面的空白，在当前火力发电厂逐渐得到广泛的应用。现结合某火力发电厂实际情况，对全膜法水处理技术的具体应用进行深入分析，具体内容如下。 1、系统工艺流程
华能南京金陵电厂超滤装置产水量2×115m/h(25℃)、一级反渗透装置产水量2×92m3/h(25℃)、二级反渗透装置产水量2×83m3/h(25℃)、EDI除盐装置产水量2×75m3/h(25℃)，其进水水质满足相应规范的要求，其工艺流程如图1所示。 化学水池 自清洗过滤器 预脱盐水箱 防渗透装置 EDI装置 除盐水箱 图1 电厂水处理工艺示意图
（水处理工艺示意图：经混凝澄清、过滤处理的长江水→板式加热器→自清洗过滤器→超滤装置→2×300m3超滤产水箱→超滤产水泵→一级反渗透保安过滤器→一级反渗透升压泵→一级反渗透→二级反渗透升压泵→二级反渗透→1×40m3预脱盐水箱→ 电除盐进水泵→保安过滤器→ED I装置→除盐水箱）。
补给水的预处理主要使用自清洗过滤器和超滤。其中，自清洗过滤器选取叠片过滤器，通过过滤器的进出口压差对运行周期进行控制；超滤由变频恒水量进行控制，主要采用全流过滤的方式进行工作。预脱盐系统共设有两级RO装置（Reverse Osmosis，反渗透），其中
供水 超滤水箱 超滤 3
第一级补给水的有效回收率在80%以上；第二级补给水的有效回收率在90%以上。 2、工艺特征
2.1补给水预处理系统
本工程设置2台ARKAL叠片式自清洗过滤器，单台正常出力为128m3/h，过滤精度100μm。同超滤装置一一对应，作为超滤装置的保安过滤器使用，叠片式自清洗过滤器具有过滤效果好，可连续运行等优点。SPIN KLIN自动反冲洗过滤器是叠片式过滤器的优点的进一步发挥，SPIN KLIN过滤器和一般叠片式过滤器的不同之处是在于它的内撑-SPINE，SPINE上有一组弹簧，一个活塞，和三组反冲喷嘴，他们配合控制系统共同作用达到高效过滤和完全反冲的功效。每台过滤器包括5只3” 的标准过滤单元。Spin Klin过滤器的过滤头和身是由增强聚酰胺塑料成形制造，防腐耐磨，可承受工作压力 1.0 Mpa。过滤叠片材质为尼龙，密封为EPDM。
超滤主装置由超滤膜组件、支架、相应的阀门、管道及配套的仪表组成。其中超滤膜组件是其核心部分，本工程2套超滤装置。单台设计净出力为115m3/h，设计水的利用率为90%左右，配置44根荷兰NORIT公司1.5米长的SXL-225FSFC PVC UFC0.8型XIGA卧式膜元件，分别安装在11根压力容器中，压力容器材质为FRP，采取卧式布置，同反渗透相似，超滤膜以串联的形式安装在压力容器内。超滤膜孔径为10nm的中空纤维膜，由亲水性的聚醚砜中空纤维组成，水中的最小颗粒的外径一般都大于20nm，因此超滤系统能产出SDI指数小于2、浊度小于0.15NTU的高品质水。
每一根超滤膜元件含有上千根中空纤维束，其有效过滤面积为40m2，截留分子量为15万道尔顿，每根中空膜丝的内径为0.8mm，为内压式。被截留的悬浮物、细菌、大分子有机物、胶体等就堆集在中空纤维内表面，此时超滤膜的压差会逐渐增加，经过30min运行后就用超滤产水进行1次反洗，反洗流量一般为产水量的3～4倍。经过16次左右的反洗之后，分别进行1次加HCL反洗和加NaClO反洗，以增强反洗效果，用于清洗膜表面粘附着的不易冲洗掉的污染物和微生物。在超滤反洗过程中，要求反洗压差＜0.05MPa，并保证体积为250L/（m2·h）的清洗水。
超滤过滤过程为全量过滤，即在过滤过程中无浓水排放。进水温度要求控制在25℃左右，温度太高，超滤膜水解加速。为避免大颗粒堵塞中空膜丝的通道，每套超滤进水配置1台精
度为100um的叠片式过滤器。进水压力一般＜0.25MPa（进水压力不要超过0.3MPa ），进
[1]
出口压差要求＜0.1MPa。 2.2RO处理单元
反渗透系统设计共2套两级反渗透装置，一级反渗透的出力为92m3/h，二级反渗透的出力为83m3/h，一级反渗透的设计回收率按80%的考虑，二级反渗透设计回收率按90%考虑，采用两段的膜组件配置方式。一级反渗透按12：6设置膜组件的排列方式，平均设计膜通量为22.97LMH。二级按8:3设置膜组件的排列方式，平均实际通量在37.2L·m-2·h-1以内[2]。压力容器长度按6米长考虑。一级反渗透与二级反渗透膜组件安装在一个框架上，有效节省了空间。一、二级反渗透之间设置二级反渗透高压泵。
其中，当难溶盐类在反渗透膜元件内不断浓缩且超过其溶解度极限时，它们就会在膜表面发生结垢，如果反渗透系统采用50%的回收率操作时，其浓水中的盐浓度就会增加到进水浓度的两倍，回收率越高，产生结垢的风险性越高。一级反渗透系统的设计回收率为80%，浓水侧离子将浓缩5倍左右。阻垢剂单元考虑一箱三泵制，计量泵为2用1备，加药点设在每套一级反渗透保安过滤器进口管，加药量根据一级反渗透给水量自动调节。
反渗透膜为芳香族聚酰胺复合膜，该种膜不能耐余氯，最大允许进水余氯量为0.1PPm（控制为0.0），而预处理超滤出水中会含有少量的余氯，本工程设置一套加还原剂单元。加还原剂单元考虑一箱两泵制，计量泵为1用1备，加药点设在一级反渗透保安过滤器进口母管，加药量根据一级反渗透给水量及进水ORP自动调节。
在二级反渗透进水管道加碱，设置pH计，确保二级反渗透进水pH调至≥8.3-8.5，将水中残余CO2转变成HCO3-，并在二级反渗透中去除，以保证进入EDI装置内的水中二氧化碳的量在允许范围以内。 2.3EDI装置
本系统采用了美国GE公司的MK-3型EDI模块，膜块是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成。在每个单元内有两类不同的室：待除盐的淡水室和收集所除去杂质离子的浓水室。淡水室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填满，这些树脂位於两个膜之间：只允许阳离子透过的阳离子交换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。树脂床利用加在室两端的直流电进行连续地再生，电压使进水中的水分子分解成 H＋及 OH－，水中的这些离子受相应电极的吸引，穿过阳、阴离子交换树脂向所对应膜的方向迁移，当这些离子透过交换膜进入浓室后， H ＋和 OH－结合成水。这种 H＋和 OH－的产生及迁移正是树脂得以实现连续再生的机理。当进水中的 Na＋及 CI－等杂质离子吸咐到相应的离子交换树脂上时，这些杂质离子就会发生象普通混床内一样的离子交换反应，并相应地置换出 H＋及 OH－。一旦在离子交换树脂
[2]
内的杂质离子也加入到 H＋及 OH－向交换膜方向的迁移，这些离子将连续地穿过树脂直至透过交换膜而进入浓水室。这些杂质离子由於相邻隔室交换膜的阻挡作用而不能向对应电极的方向进一步地迁移，因此杂质离子得以集中到浓水室中，然后可将这种含有杂质离子的浓水排出膜堆。 3、系统运行效果分析
基于此水处理系统的出水水质如表1-3所示。由运行效果可知，水质的各项指标均合格，设备出力基本达到设计要求，具有良好的处理效果。
表1 UF膜出水水质
项目 设计值 实际值
SDI ≤3.0 0.55
浊度/NTU ≤0.1 0.07
表2 RO处理单元出水水质
项目 设计值 实际值
脱盐率/% ≥95 97
硬度/mg·L ≤0.1 0.45
-1
[3]
水回收率/% ≥92 91.4
电导率/?S·cm
-1
— 420
pH值 5.0-9.5 7.42
电导率/?S·cm
-1
2-10 6.53
表3 EDI装置出水水质
项目 设计值 实际值
4、系统问题与改进措施
（1）设计方案中，由于在超滤前端采用的是板式加热器，且距离超滤进口端距离较近，在加热器投用过程中，超滤进口端温度不稳定，温度过高会影响到超滤组件膜丝运行，导致超滤膜损坏。后期对加热器进行了改动，改为混合式加热器后，对超滤进口温度保护进行了重新更正，以上情况得到了极大的缓解。
（2）系统中，在反渗透保安过滤器之前投加阻垢剂，是控制膜分离系统中的碳酸钙、硫酸钙及氧化铁沉淀造成结垢，控制无机污染的有效方法。加药量的控制，首先要根据进水含盐量、温度和回收率计算参考加药量，要有10%的裕度或按反渗透装置满负荷运行的条件下计算，根据实际运行负荷大于比例10%的裕度调整。其次，运行中要定期监控药箱液位，避免加药装置故障造成加药量不足。
产水量/m·h
2×75 125
3
-1
?（SiO2）
≤20 3.6
电导率/?S·cm
-1
≤0.2 0.07
（3）如果EDI装置进水的余氯超出标准要求，则会降低装置中离子交换树脂的有效机械强度，使树脂遭到不同程度的破坏，并大幅提高进水和出水的压力差，不利于产水量的保持，最终缩短了各组件寿命。针对这种实际问题，必须对进水余氯进行严格的控制，根据系统实际情况采取相应措施将余氯控制在标准范围之内，从而防止树脂遭到破坏。 5、技术经济性
对于全膜法水处理系统而言，其运行成本主要有四个方面，分别为电费、水费、药剂成本与装置折旧，用于设备购进的一次性投资为1100万元，比传统工艺高，通过计算，系统的年运行成本大约为200万元。
全膜法水处理系统的前期投资相对较高，但它可以直接省去水再生、酸碱消耗等方面的经济成本，仅需几年即可补偿所有前期投资差额。另外，系统装置体积较小，方便运输安装，因此，该系统具有较高的经济适用性。 6、总结
全膜法水处理技术实现RO和EDI装置的配套应用，运行状态稳定，水质良好，满足各项规范要求。与常规处理技术相比，全膜法水处理技术无需消耗额外的酸碱，降低用于水再生方面的经济成本，而且装置占地面积很小，不存在废水排出，有助于环保。然而，系统原水现存的电导率容易对产水造成较大影响，使其电导提升，由于水中离子数量逐渐变多，而增强其导电能力，处理时极化作用因此减弱，氢离子与氢氧根例子数量大幅减少，导致树脂无法正常再生，造成不同程度的水质恶化现象，因此在实际工作中必须对此引起足够重视。 参考文献：
[1]李桂兰,陈海霞,张守德,杨桔材. 全膜法水处理技术制备火力发电厂锅炉补给水的应用[J]. 工业水处理,2013,6（03）:81-84.
[2]巴福光. 全膜法水处理技术在火力发电厂中的应用[J]. 科技与企业,2014,7（23）:183-184.
[3] 李振玉,李振宇,牛涛.电去离子技术在水处理中的应用[J].辽宁化工,2008,37(10):679-681.