孫皓 ，曹萍

（1.撫順礦業(yè)中機(jī)熱電有限責(zé)任公司，遼寧撫順113001；2.遠(yuǎn)東頁巖煉化有限責(zé)任公司，遼寧撫順113000）

電廠生產(chǎn)的電能主要來自于燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)化，這種能量的轉(zhuǎn)化主要是靠水來輔助實(shí)現(xiàn)的。在電廠的日常運(yùn)轉(zhuǎn)中，水作為重要的媒介在很多生產(chǎn)環(huán)節(jié)中起著重要的作用。而且電廠設(shè)備的運(yùn)行效率和生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命與水的質(zhì)量息息相關(guān)，主要是因?yàn)殡姀S使用的水蒸發(fā)后的水蒸氣含有污染性的化學(xué)物質(zhì)造成。為了防止含有腐蝕性的水滲入電廠的設(shè)備造成損害，需要科學(xué)有效的方式進(jìn)行水處理。全膜分離技術(shù)是一種比傳統(tǒng)水處理更有效的技術(shù)，它具有設(shè)備要求低、運(yùn)行方便、環(huán)保、水質(zhì)凈化率高等特點(diǎn)，得到了廣大企業(yè)的青睞，應(yīng)用范圍廣泛。

1 全膜分離技術(shù)原理和技術(shù)分析

全膜分離技術(shù)在電廠化學(xué)水處理中已經(jīng)形成了系統(tǒng)化。比如更為完善的全膜分離技術(shù)可以凈化、除鹽和過濾鍋爐補(bǔ)給水。全膜分離技術(shù)主要就是將兩部分濃度不同的液體使用一種特殊的薄膜隔開，這種薄膜需要具有能夠使部分混合物透過的特性，其他剩余的物質(zhì)不允許透過。然后再施加外力，在這種外力的作用下，使得混合物能夠有效分離，從而實(shí)現(xiàn)分離、提純和濃縮等效果。使用的薄膜可以根據(jù)膜壁上孔徑的大小來進(jìn)行分類，孔徑范圍為0.0001～0.005μm的為反滲透膜，孔徑范圍為0.001～0.005μm的為納濾膜，孔徑范圍為0.001～0.1μm的為超濾膜，孔徑范圍為 0.1～1μm的為微濾膜[1]。需要著重注意到一點(diǎn)是，傳統(tǒng)的分離技術(shù)是把顆粒大的懸浮物和膠狀物分離出來，再使用軟化來將水中的有害物和水中含有的雜質(zhì)去除，并在這個過程中有產(chǎn)生化學(xué)污染液的風(fēng)險，甚至有造成設(shè)備損壞的可能。

1.1 超濾膜技術(shù)分析

在電廠化學(xué)水處理中應(yīng)用超濾膜技術(shù)主要是為了能夠科學(xué)有效地將水中的離子、顆粒等截住，從而使得待處理的水分離、濃縮和進(jìn)化。超濾膜技術(shù)工作時，主要是靠外力改變膜兩邊的壓力來使水得到凈化。在合適的壓力進(jìn)行作用下，液體中蘊(yùn)含的溶劑和一些顆粒比較小的溶質(zhì)穿過膜壁上的小孔進(jìn)行分離，從而將溶液中不同大小的組成物質(zhì)分離[2]。在電廠化學(xué)水處理的應(yīng)用中主要使用的是中空纖維超濾膜，這種膜的工作過程中，篩孔分離只需要較低的壓差作為推動力就可以實(shí)現(xiàn)。溶液中的大分子物質(zhì)、蛋白、膠體和微粒的分離濃縮都可以通過中空纖維超濾膜實(shí)現(xiàn)。這道工序的分離結(jié)束后一邊剩余的具體物質(zhì)為溶劑、無機(jī)鹽和低分子物質(zhì)，另一邊則為截留的膠體、蛋白和大分子物質(zhì)。這種膜的分離機(jī)理有3種：1）溶質(zhì)吸附在微孔內(nèi)部和膜表面。2）顆粒直徑略小于膜孔的溶質(zhì)可能會停留在微孔內(nèi)部造成堵塞。3）顆粒直徑大于膜孔的則被篩分在膜的表面。其中第三種是中空纖維超濾膜的主要工作機(jī)理。

電廠化學(xué)水處理中這種中空纖維超濾膜的具體操作方式有錯流過濾和終端過濾兩種方式。傳統(tǒng)的終端過濾因?yàn)楦糸_的液體處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此使用的膜在隨著工作時間變長的過程中，已經(jīng)截留的物質(zhì)會粘附在膜的表面形成污染層。在沒有改變兩邊壓力的情況下，過濾阻力將會隨著時間逐漸增多，從而不斷地將膜的滲透效率下降。另一種方式錯流過濾則是讓分開的液體交錯對流，從而使得隔離開的物質(zhì)因?yàn)閷α鞫粠ё?，粘附在膜的表面的物質(zhì)減少，最終可以比終端過濾更長時間的保持更高的滲透率。因此錯流過濾這種更高效更實(shí)用的方式應(yīng)用的更加廣泛。

通常使用的中控纖維超濾膜所具有的優(yōu)點(diǎn)是：1）使用的材料具有的化學(xué)穩(wěn)定性足夠優(yōu)良。超濾膜的kristal300系列的膜材質(zhì)使用了改性聚醚砜的化學(xué)穩(wěn)定性在各種實(shí)際應(yīng)用的場合都表現(xiàn)良好，此外還具有耐酸堿性能和耐溫性能。尤其是水中存在化學(xué)藥品如氧化劑等情形下性能表現(xiàn)的更加優(yōu)秀。2）使用的材料生物穩(wěn)定性也足夠優(yōu)良。中空纖維超濾膜的kristal300采用的材質(zhì)比較特殊，對于通常的膜表面形成生物垢的情況能夠有效的阻止。阻止生物垢形成的這一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在超濾膜進(jìn)行的污水回用項(xiàng)目上的表現(xiàn)更加突出，起到了非常關(guān)鍵的作用。3）使用的材料具有優(yōu)秀的特性，可耐受水中使用的化學(xué)藥品及氧化物。只是因?yàn)樵陔姀S的水處理過程中使用的超濾膜在日常生產(chǎn)使用和維護(hù)保養(yǎng)的過程會經(jīng)常接觸到化學(xué)氧化物，比如過氧化氫、氯和氯胺等。實(shí)際應(yīng)用的kristal300系列超濾膜對上述物質(zhì)有優(yōu)秀的耐受性能，保證了整個系統(tǒng)的正常工作。4）通量比較高并且親水性能優(yōu)異提高了整體的性能。中空纖維超濾膜中的Kristal300系列采用了聚醚砜這種材質(zhì)，拋棄了傳統(tǒng)的聚砜材質(zhì)，使得親水性能更佳。即使進(jìn)入的水體是高懸浮物和高濁度也能達(dá)到99%以上的去除率，并且能維持比較高的通量。

1.2 反滲透技術(shù)分析

反滲透技術(shù)是一種先進(jìn)并且節(jié)能的水處理技術(shù)，運(yùn)用高分子材料薄膜工作，薄膜上的孔徑大小約為1nm，對于水中的微生物、無機(jī)鹽等去除率非常高，達(dá)到97%以上。反滲透水處理技術(shù)的原理與正滲透基本一致，同樣的是都是通過施加外力，使得膜的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，從而實(shí)現(xiàn)分離、提純的效果。區(qū)別在于反滲透改變水體的硬度是通過離子交換的方式。系統(tǒng)工作時，在含鹽的一側(cè)進(jìn)行人為的增加壓力，在壓力的作用下水分子會通過透析膜，但是水中所含的鹽分則留在了原本的那一側(cè)。這項(xiàng)技術(shù)通過人為的進(jìn)行干擾，讓滲透效果反向進(jìn)行，這樣做的好處是只需要簡單的操作就可以提高滲透效率，并且能耗也比較低，廢水處理的凈化率高。這項(xiàng)技術(shù)比較常運(yùn)用于大容量的溶液滲透擠壓系統(tǒng)中，缺點(diǎn)在于沒有充分的使水與物質(zhì)科學(xué)的進(jìn)行分離。反滲透薄膜使用的材料技術(shù)含量比較高，制作時需要進(jìn)行特殊的處理，才能將材料的透水分子的特點(diǎn)足夠的顯現(xiàn)出來。膜設(shè)備是反滲透中使用到的比較重要的技術(shù)設(shè)備，能夠滿足內(nèi)黏連透膜和隔網(wǎng)在短時間內(nèi)進(jìn)行，按照相關(guān)的流程進(jìn)行卷制。反滲透水處理技術(shù)與其他的水處理技術(shù)的另一個區(qū)別就是，大多數(shù)水處理過濾技術(shù)采用的是豎直過濾方式，而反滲透技術(shù)采用的是橫流過濾方式，這種過濾方式的優(yōu)異性上面已經(jīng)說過，使得反滲透的使用也相當(dāng)廣泛。

1.3 電除鹽技術(shù)分析

電除鹽技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)全新的水處理技術(shù)，電場在水中將一些離子進(jìn)行去除。同時，電除鹽技術(shù)也是全膜分離技術(shù)中最為復(fù)雜的水處理技術(shù)。主要原理是利用了電場的特性將水分解從而實(shí)現(xiàn)離子的內(nèi)部交換。在電場的作用下，水中的陰陽離子由于電場力的作用進(jìn)行快速移動，最后進(jìn)行中和消去了分離子的效果，達(dá)到降低水體導(dǎo)電率的目的。這項(xiàng)技術(shù)處理過的水能夠更好地滿足鍋爐補(bǔ)給水中電阻、硬度的需求。這項(xiàng)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)離子交換和電滲析技術(shù)相結(jié)合，緩解了部分離子無法互換的情況，解決了傳統(tǒng)電滲析技術(shù)中不能進(jìn)一步深入脫鹽的情況，補(bǔ)充了水中酸堿再生問題的途徑。電除鹽技術(shù)在電廠化學(xué)水處理中能有效地整合現(xiàn)有的技術(shù)聯(lián)合處理，是一種非?？茖W(xué)高效的水處理技術(shù)[3]。

2 全膜分離技術(shù)在電廠化學(xué)水處理中的應(yīng)用案例

以撫礦中機(jī)熱電廠為例，該廠主要是通過燃煤發(fā)電并對主城區(qū)供暖。本廠為2×300MW亞臨界抽凝發(fā)電機(jī)組，配備2×1025t/h循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模為供水量2×60t/h，原水為城市中水及礦井疏干水，采用廠外預(yù)處理+全膜處理工藝(UF-RO-EDI)，控制部分為PLC自動控制系統(tǒng)，產(chǎn)水水質(zhì)要求符合中壓鍋爐給水規(guī)范:電導(dǎo)率＜0.4μS/cm，SiO2＜20μg/L，硬度≈0。

工藝流程:經(jīng)過石灰混凝澄清過濾處理后的來水→加熱器→清水箱→清水泵→自清洗過濾器→超濾裝置→活性炭過濾器→超濾產(chǎn)水箱→超濾產(chǎn)水泵→一級反滲透保安過濾器→一級反滲透高壓泵→一級反滲透裝置→預(yù)脫鹽水箱→預(yù)脫鹽水泵→二級反滲透保安過濾器→二級反滲透高壓泵→二級反滲透設(shè)備→二級反滲透產(chǎn)水箱→電除鹽給水泵→電除鹽保安過濾器→電除鹽裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→熱力系統(tǒng)。超濾膜材質(zhì)為:PVDF，本工程采用賽諾超濾膜，超濾裝置進(jìn)水條件為水溫:40℃；保證進(jìn)水中最大顆粒徑≤500μm。一級反滲透采用了美國GE公司的AG8040F-400LF反滲透抗污染膜，裝置進(jìn)水條件：水溫:20～25℃；SDI:≤2；殘余氯:＜0.1 mg/L。反滲透膜元件型式:螺旋卷式，單根膜面積為:400/37(ft2/m2)，膜通量分別為:16m2/h，膜元件規(guī)格:8in；二級反滲透采用美國DOW公司LE-440i反滲透抗污染膜。反滲透裝置進(jìn)水條件，水溫:20～25℃；SDI:≤2；殘余氯:＜0.1mg/L，反滲透膜元件型式:螺旋卷式，單根膜面積分別為：440/41m2(ft2/m2)，膜通量分別為:19m2/h；膜元件規(guī)格:8in。EDI系統(tǒng)采用GE公司MK-3X模塊，本工程配置兩套EDI裝置，單套產(chǎn)水量為60m2/h，包括12個MK-3X模塊。單只模塊運(yùn)行參數(shù)為:產(chǎn)水流量 5m3/h；進(jìn)水溫度 4.4～40℃；進(jìn)水壓力＜0.69MPa；出水壓力:濃水和極水出水壓力要比產(chǎn)水出水壓力低最少0.35MPa；回收率90%；供電電壓:≤400V；供電電流:≤5.2A。

該項(xiàng)目鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)已調(diào)試完畢，投入運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計要求，EDI實(shí)際產(chǎn)水水質(zhì): 硬度:0；二氧化硅:＜15μg/L；電導(dǎo)率 (25C):＜0.4μS/cm，充分滿足鍋爐給水要求。

3 結(jié)語

化學(xué)水處理技術(shù)與電廠的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)息息相關(guān)，而全膜分離技術(shù)作為一項(xiàng)比傳統(tǒng)水處理的技術(shù)有著許多優(yōu)勢的技術(shù)，在電廠中應(yīng)用能夠更好地滿足電廠的化學(xué)水處理需求，更好地保護(hù)環(huán)境。同時，全膜分離技術(shù)也需要在使用中不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，達(dá)到更好地滿足企業(yè)需求的目的。