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        電滲析技術(shù)處理火電廠廢水應(yīng)用

        2021-03-29 00:05:29張倩
        家園·電力與科技 2021年15期

        張倩

        關(guān)鍵詞:電滲析;火電廠;廢水處理

        1ED的原理和性能

        近些年來,ED技術(shù)逐漸在廢水處理及零排放工藝中展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。ED系統(tǒng)主要由電極、離子交換膜、隔板、輔助墊片等組成,并被液壓裝置壓緊在機架上。含鹽水經(jīng)過循環(huán)泵進入ED膜堆,并通過隔板將鹽水分布在各個淡水室,在兩極板的強電場作用下,鹽水中的陰陽離子發(fā)生定向移動,陰離子穿過陰離子交換膜遷移到濃室,繼續(xù)遷移時受到陽離子交換膜的阻擋而停留在濃室,陽離子亦然。隨著離子的遷移,濃水室的含鹽量越來越大,淡水室的含鹽量越來越小,達到出水條件后在各自水箱中溢流排出。評價ED最直觀的性能在于淡水回收率、電流效率、脫鹽能力和使用壽命等因素。除了自然條件外,進出水流速和模式、離子含量和種類、電流密度和離子交換膜的性質(zhì)等,均深深影響著ED設(shè)備的性能。

        由于離子在離子交換膜中的傳質(zhì)速率遠(yuǎn)大于在水中,因此隨著電流密度的不斷升高,膜兩側(cè)會出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象,導(dǎo)致能耗的增加及膜破壞的可能,因此工作電流密度應(yīng)在極限電流密度之下。MENG等研究表明,膜堆的最大工作電流密度應(yīng)處于極限電流密度的70%~80%。離子交換膜是ED最核心的部分,幾乎決定著ED系統(tǒng)的性能。李麗等實驗對比了中外5家生產(chǎn)商制備的離子交換膜除鹽性能,結(jié)果表明,其中AGC傳質(zhì)性能較好、能耗較低,應(yīng)用于純鹽濃縮工藝更占優(yōu)勢。

        2ED在火電廠水處理中的應(yīng)用

        除了應(yīng)用于海水淡化及海水制鹽外,ED還廣泛用于火電廠的水處理工藝中。自上世紀(jì)70年代起,ED常用于鍋爐補給水的脫鹽處理中,如上海崇明發(fā)電廠、吳淞發(fā)電所和保定石油化工電廠等。運行結(jié)果顯示ED脫鹽效果較好,水回收率較高,大大地減輕了離子交換系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。但是限于當(dāng)時技術(shù)的不成熟如膜易破損、出現(xiàn)黃水、易結(jié)垢和除硅效果差等,以及反滲透在脫鹽處理中的迅速成熟,ED在工業(yè)水處理中未能大量使用。據(jù)BURN等統(tǒng)計,截止到2015年,在全球水脫鹽處理總?cè)萘恐校礉B透技術(shù)約占65%,多級閃蒸占21%,而ED僅占3%。但是近些年來,隨著ED技術(shù)的不斷研究和優(yōu)化,在火電廠水處理中也得到更多的研究和應(yīng)用。陳文婷等通過中試研究了頻繁倒極電滲析處理電廠循環(huán)水排污水(硬度739mg/L,電導(dǎo)率3.039mS/cm),結(jié)果表明,在產(chǎn)水率高于80%的前提下,脫鹽率大于80%,出水水質(zhì)優(yōu)于循環(huán)水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),能耗為1.93kW·h/t。謝春玲等通過中試驗證了雙膜法-ED組合的工藝處理循環(huán)水排污水的可行性,通過ED處理RO濃水,淡水回至RO進水,系統(tǒng)總回收率高達96.1%。

        目前,ED在火電廠水處理中最成熟的應(yīng)用是與離子交換法結(jié)合成電去離子技術(shù),其有機結(jié)合了ED與離子交換的特點,具有除鹽率高、無需化學(xué)藥劑再生、自動化程度高、運行成本低等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于鍋爐補給水、凝結(jié)水精處理等系統(tǒng)的深度除鹽工藝中。然而,EDI至今在超純水制備中仍占據(jù)較小份額,傳統(tǒng)的離子交換樹脂法市場比例仍接近于90%,相應(yīng)的市場規(guī)模仍然需求巨大。近幾年來,隨著火電廠脫硫廢水等末端高鹽廢水零排放的不斷推進,形成了以“預(yù)處理-濃縮減量-結(jié)晶蒸發(fā)”為主的零排放水處理工藝。脫硫廢水水質(zhì)波動大,硬度大、懸浮物和鹽含量高且復(fù)雜,處理困難。電廠普遍采用三聯(lián)箱技術(shù)、雙堿法等預(yù)處理技術(shù),后續(xù)常采用管式微濾膜和中空纖維超濾等進一步除硬和除濁。濃縮減量技術(shù)是廢水零排放工藝的關(guān)鍵所在,關(guān)乎著零排放系統(tǒng)的工藝、投資和運行。濃縮減量技術(shù)可分為熱法和膜法,熱法主要包括機械蒸汽再壓縮(MVR)、低溫多效蒸發(fā)(LT-MED)和多級閃蒸(MSF)等,膜法主要包括高壓反滲透膜(SWRO)、碟管式反滲透膜(DTRO)、正滲透(FO)和ED等。較多研究者如AMSHAWEE、YAQUB和韋鋒濤等對比了各種濃縮減量技術(shù)的優(yōu)缺點及能耗,總結(jié)如表1。

        由表1可知,熱法技術(shù)成熟,但能耗高、設(shè)備有腐蝕風(fēng)險,膜法濃縮不涉及水分子的相變反應(yīng),能耗較低,自動化水平較高,適用于當(dāng)下智能電廠、電站的建設(shè)。在膜濃縮工藝中,F(xiàn)O技術(shù)濃縮倍率高、出水鹽含量可控,已應(yīng)用于華能長興電廠,其電耗約為10kW·h/m3,但相對于RO和ED,其能耗依然略高,且存在汲取劑再生的問題。以DTRO為代表的高壓反滲透具有能耗低、脫鹽率高、出水水質(zhì)好且技術(shù)成熟的優(yōu)勢,已應(yīng)用于國電漢川電廠和華電包頭電廠等。但是高壓反滲透依然面臨著不可忽視的劣勢——濃液含鹽量低(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%~15%),離蒸發(fā)結(jié)晶的適宜進水鹽含量差距依然較大,這無疑提高了蒸發(fā)結(jié)晶段的能耗和規(guī)模。

        為了改善這個問題,ED這一傳統(tǒng)的脫鹽工藝再一次得到應(yīng)用與發(fā)展。因為RO是將比例極大的水透過膜從溶液中擠壓出來,而ED是電場力直接作用在離子上,隨著離子遷移完成分離過程。因此ED具有更高的濃縮效率。實驗表明,ED濃水的鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達20%以上,盡管仍未達到適宜的結(jié)晶蒸發(fā)進水量,但ED較大程度上減少了高鹽廢水的量,大大降低了后續(xù)零排放的成本和難度,提高了水的回收率(可達90%以上)。

        結(jié)語

        與其他脫鹽技術(shù)對比,ED在高鹽廢水的濃縮減量階段表現(xiàn)出了濃縮倍率高、濃縮液量較少、自動化水平高、能耗較小等優(yōu)點;新型的ED技術(shù)也展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景,如BMED用于高鹽廢水濃縮液的資源化處理、SED對脫硫廢水的分鹽濃縮以及EDM對脫硫廢水的抗結(jié)垢濃縮。

        參考文獻

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