（环境工程专业论文）电厂循环排污水的彗星过滤、超滤加反渗透处理试验研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文目录 摘要 试验验证了华能上安电厂循环冷却排污水处理选用彗星过滤+ 超滤作为反渗透 进水的预处理工艺的可行性。针对该电厂循环水水质测试了彗星过滤器的截污能力 及恢复性能，并对不同厂家的超滤膜元件进行了性能测试。结果表明，彗星过滤器 有良好的截污能力和恢复性能。经过比较选出适合该电厂水质的超滤膜及其运行参 数。出水能够连续稳定满足反渗透进水水质要求。 针对华能上安电厂水质对不同厂家、不同型号反渗透膜进行对比试验，得出最 适合处理该厂循环冷却水的反渗透膜类型。进行破坏性实验，验证其耐酸碱性及清 洗恢复性能。调整阻垢剂、盐酸、还原剂的加入量并验证压力、温度等环境因素对 脱盐率的影响，获得最经济有效的运行参数，指导工程运行。 关键词：超滤，净通量，跨膜压差，反渗透，循环冷却水 a b s t r a c t f e a s i b i l i t ya n do p t i m u mo p e r a t i n gc o n d i t i o n so fu l t r a f i l t r a t i o na n dc o m e tf i b e rf i l t e rf o l l o w e d b yr e v e r s eo s m o s i sw e r et e s t e dt h r o u g has e r i e so ft r i a l s p i l o tp l a n ts h o w st h a tt h ec o m e tf i b e rf i l t e r h a sa l a r g ep o l l u t i o nc a t c h i n gr a n g e w i t ht h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt w ou fm e m b r a n e s ，i ti sp r o v e d w h i c ho n ei sf e a s i b l ef o rt h er e v e r s eo s m o s i s ( r o ) b o t ho nt h ew a t e rq u a l i t ya n do nt h e s y s t e m s t a b i l i t y t h er u n n i n gp a r a m e t e r sa r eo p t i m i z e dt h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ew a t e rq u a l i t y i n t h i st e s tw eu s ed i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r sa n dm o d e l so fr e v e r s eo s m o s i s m e m b r a n et ot r e a tt h ec i r c u l a t i n gc o o l i n g - w a t e rf o rc o m p a r a t i v et e s t i n g ，f i n d i n gt h e m o s ts u i t a b l er em e m b r a n et y p e sf o rh a n d l i n gt h ec i r c u l a t i n gc o o l i n g w a t e r f o r d e s t r u c t i v ee x p e r i m e n tt ot e s ti t sa b i l i t yo fr e s i s ta c i da n da l k a l ia n dc l e a n i n gr e s t o r a t i v e a d j u s t e dt h ea d d i t i o no fs c a l ei n h i b i t e r , h y d r o c h l o r i ca c i da n dr e d u c t a n t ，c e r t i f i c a t i o n t h ep r e s s u r e ，t e m p e r a t u r ea n do t h e re n v i r o n m e n t a lf a c t o r so nt h ed e s a l t i n g ，a c c e s st ot h e m o s te f f e c t i v ea n de c o n o m i c a lo p e r a t i o np a r a m e t e r st og u i d et h ep r o j e c t w uh a if e n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f c h e ny i n gm i n k e yw o r d s ：u l t r a f i l t r a t i o n ，r e s i d u a lf l u x e s ，t m p , r e v e r s eo s m o s i s ，c i r c u l a t i n g c o o l i n g - w a t e r l 华北电力大学硕士学位论文目录 摘要 试验验证了华能上安电厂循环冷却排污水处理选用彗星过滤+ 超滤作为反渗透 进水的预处理工艺的可行性。针对该电厂循环水水质测试了彗星过滤器的截污能力 及恢复性能，并对不同厂家的超滤膜元件进行了性能测试。结果表明，彗星过滤器 有良好的截污能力和恢复性能。经过比较选出适合该电厂水质的超滤膜及其运行参 数。出水能够连续稳定满足反渗透进水水质要求。 针对华能上安电厂水质对不同厂家、不同型号反渗透膜进行对比试验，得出最 适合处理该厂循环冷却水的反渗透膜类型。进行破坏性实验，验证其耐酸碱性及清 洗恢复性能。调整阻垢剂、盐酸、还原剂的加入量并验证压力、温度等环境因素对 脱盐率的影响，获得最经济有效的运行参数，指导工程运行。 关键词：超滤，净通量，跨膜压差，反渗透，循环冷却水 a b s t r a c t f e a s i b i l i t ya n do p t i m u mo p e r a t i n gc o n d i t i o n so fu l t r a f i l t r a t i o na n dc o m e tf i b e rf i l t e rf o l l o w e d b yr e v e r s eo s m o s i sw e r et e s t e dt h r o u g has e r i e so ft r i a l s p i l o tp l a n ts h o w st h a tt h ec o m e tf i b e rf i l t e r h a sa l a r g ep o l l u t i o nc a t c h i n gr a n g e w i t ht h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt w ou fm e m b r a n e s ，i ti sp r o v e d w h i c ho n ei sf e a s i b l ef o rt h er e v e r s eo s m o s i s ( r o ) b o t ho nt h ew a t e rq u a l i t ya n do nt h e s y s t e m s t a b i l i t y t h er u n n i n gp a r a m e t e r sa r eo p t i m i z e dt h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ew a t e rq u a l i t y i n t h i st e s tw eu s ed i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r sa n dm o d e l so fr e v e r s eo s m o s i s m e m b r a n et ot r e a tt h ec i r c u l a t i n gc o o l i n g - w a t e rf o rc o m p a r a t i v et e s t i n g ，f i n d i n gt h e m o s ts u i t a b l er em e m b r a n et y p e sf o rh a n d l i n gt h ec i r c u l a t i n gc o o l i n g w a t e r f o r d e s t r u c t i v ee x p e r i m e n tt ot e s ti t sa b i l i t yo fr e s i s ta c i da n da l k a l ia n dc l e a n i n gr e s t o r a t i v e a d j u s t e dt h ea d d i t i o no fs c a l ei n h i b i t e r , h y d r o c h l o r i ca c i da n dr e d u c t a n t ，c e r t i f i c a t i o n t h ep r e s s u r e ，t e m p e r a t u r ea n do t h e re n v i r o n m e n t a lf a c t o r so nt h ed e s a l t i n g ，a c c e s st ot h e m o s te f f e c t i v ea n de c o n o m i c a lo p e r a t i o np a r a m e t e r st og u i d et h ep r o j e c t w uh a if e n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f c h e ny i n gm i n k e yw o r d s ：u l t r a f i l t r a t i o n ，r e s i d u a lf l u x e s ，t m p , r e v e r s eo s m o s i s ，c i r c u l a t i n g c o o l i n g - w a t e r l 1 士= 1明明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电厂循环排污水的彗星过滤、超 滤加反渗透处理试验研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指 导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致 谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华 北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名：e 墨窒至垒坌 日期： 一 华北电力人学硕+ 学位论文 1 1 课题研究背景 第一章引言 随着水资源日趋紧张，废水回用在节水工作中所占比例将会越来越大。火力发 电厂是用水大户，其中循环补给水用水量最大，约占电厂用水7 0 8 0 ，循环水 的损失主要是蒸发损失、风吹损失和排污损失。其中蒸发损失为不可回收损失，风 吹损失已逐步降低，因此电厂循环排污水的回收再利用成为电厂节水的关键部分。 循环冷却水系统的节水方案主要从以下二个方面考虑：通过适当方式，减少循 环冷却水系统的结垢趋势，提高浓缩倍率，同时避免泄漏；对循环排污水进行回收 处理，产品水作为循环补充水、或锅炉补给水系统的水源。由于循环排污水中的含 盐量很高，含有大量的悬浮物，它的回收再利用必须经过过滤及脱盐处理，以除去 悬浮物、降低含盐量。 u f 同r o 、n f 、m f 一样，均属于压力驱动型膜分离技术超滤主要用于从液相 物质中分离大分子化合物( 蛋白质、核酸聚合物、淀粉、天然胶、酶等) ，处理胶体 分散液( 黏土、颜料、矿物料、乳液粒子、微生物) 及乳液( 润滑脂一洗涤剂以及油一 水乳液) 其工作静压差一般为0 1 0 5 m p a ，被分离组分的直径大约为0 0 1 - - 0 1 i x m ， 一般是分子量为5 0 0 一- 1 0 0 0 0 0 0 的大分子和胶体粒子，这种液体的渗透压很小，可 以忽略。所用的膜通常为非对称膜，膜孔径为o 0 0 1 - - 0 1 i x m ，膜表面有效截留层厚 度较小( o 1 1 0 l x m ) ，工作压力一般为0 2 o 4 m p a ，膜的透过速率为0 5 5 m d 。 超滤对去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和各种有机物有较好的效果，但它几乎 不能截留无机离子【4 】。 目前超滤技术己广泛应用于水处理、医药、石油化工、饮料、食品、电子等行 业。超滤在水处理方面的应用之一是给水的深度处理，即传统水处理后加膜；应用 之二是用超滤直接替代传统的混合、反应、沉淀和过滤等水处理单元。 超滤膜分离技术应用于饮用水的处理的研究始于2 0 世纪8 0 年代中期，以欧美 和澳大利亚为主。日本从1 9 9 2 年开始，由厚生省牵头，以国立公众卫生院和水道 净水协会为主，组成“膜应用新型净水委员会”，实施所谓“m a c 2 1 计划”【2 0 】对微滤和 超滤膜应用于净水处理进行为期三年的大规模研究。 超滤技术以其对颗粒、胶体物质、细菌、病毒等的优良去除能力而受到了广泛 重视。o l i v i e r i 用中空纤维超滤膜处理地表水，出水浊度稳定，小于0 2 n t u 。j a c a n g e l o 等人对超滤的研究表明，即使进水浊度高于1 0 0 n t u 超滤的出水浊度仍在o 0 5 - 0 4 n t u 的范围内 6 1 。超滤在控制消毒副产物方面的功效也很显著，l a i n e 等人的研 l 华北电力大学硕士学位论文 究表明，超滤对总有机碳的去除率可达到4 0 。 目前，超滤在水处理的应用还多停留在饮用水的深度处理和生产纯净水方面， 在含油废水、电泳漆回收、纺织工业废水、造纸工业废水、中水回收方面多与其它 水处理方法相结合，直接以超滤为核心处理污水的研究在我国尚处于起步阶段，缺 乏对超滤膜应用的系统性研究。因此有必要对超滤膜在污水的应用进行深入研究， 确定超滤膜处理电厂循环冷却排污水的可行性及操作参数，对影响超滤膜的污染因 素进行分析研究，促进超滤技术在电厂的应用。 反渗透技术在近十年内得到飞速发展，已成为我国许多领域中最可靠的脱盐技 术。反渗透系统无需酸碱，不产生酸碱废水，运行成本低。为此，循环排污水回收 过程中的除盐宜采用反渗透方案。 国内一些电厂也采用了循环水排污水再利用的超滤反渗透系统。通过长期运行 的各种分析数据，可以得出以下结论：多介质过滤器产水s d i 过高，不能直接进反 渗透，这说明了该项目采用超滤作为反渗透预处理的必要性；超滤产水s d i 平均为 1 2 大大优于反渗透系统的进水要求，可以大大降低反渗透的污染程度，延长反渗 透清洗周期，降低成本；超滤在大通量长时间情况下出水水质( s d i 、浊度等) 稳 定，这使得反渗透系统也能够稳定运行，而且反渗透系统的出水水质也优于循环水 水质，这证明了超滤作反渗透预处理系统，与反渗透系统联用处理循环水排污水的 应用是可行的现在各个膜厂商生产的超滤反渗透膜种类繁多，在实际运行中性能差 别也很大，所以用户应该根据其原水水质和用水用途情况，筛选出合适的滤膜。 近年来国内外膜技术发展迅速，利用超滤作为反渗透系统的预处理设备逐渐得 到应用，这种工艺大大改变了传统水处理方式，简化了反渗透预处理系统，减少了 占地面积，提高了处理的精度，改善了反渗透系统的进水条件，从而延长了反渗透 膜的使用寿命。但是，由于国内用超滤设备处理循环水才刚刚起步，工程实例不多， 本次试验通过对华能上安电厂的循环排污水处理系统进行中试试验对该工艺进行 评估，获得的相关数据，为工程设计提供依据。 1 2 我国水资源现状， 我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球 水资源的6 ，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2 3 0 0 立方米，仅为世界平均水平的1 4 、美国的1 5 ，在世界上名列1 2 1 位，是全球1 3 个人均水资源最贫乏的国家之一。 扣除难以利用的洪水径流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用 的淡水资源量则更少，仅为1 1 0 0 0 亿立方米左右，人均可利用水资源量约为9 0 0 立 2 华，j 匕电力大学硕士学位论文 方米，并且其分布极不均衡。到2 0 世纪末，全国6 0 0 多座城市中，已有4 0 0 多个 城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达1 1 0 个，全国城市缺水总量为 6 0 亿立方米。 据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年 加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源 短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁 到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。 水利部预测，2 0 3 0 年中国人口将达到1 6 亿，届时人均水资源量仅有1 7 5 0 立方 米。在充分考虑节水情况下，预计用水总量为7 0 0 0 亿至8 0 0 0 亿立方米，要求供水 能力比现在增长1 3 0 0 亿至2 3 0 0 亿立方米，全国实际可利用水资源量接近合理利用 水量上限，水资源开发难度极大。成为影响我国经济社会可持续发展的一个重大问 题。 1 3 火电厂用水及水处理技术 火力发电厂是利用热能转变为机械能进行发电的。现在普遍的是利用各种燃料 ( 煤、石油、天然气等) 的燃烧把化学能转变为热能的发电方式。在这种火力发电厂 中把燃料输送入锅炉燃烧，放出的热能够被锅炉水侧的水所吸收，吸收热能的水 又转变为具有做功本领的蒸汽，导入汽轮机：在汽轮机中，蒸汽的热能转变为机械 能，通过发电机将机械能转变为电能，送至电网或用户。在这样的发电生产过程中 作为燃料，当然是一种首要的生产所必需的，其次就是水。水是重要的工质，因为 在许多重要生产环节中都要用水。如锅炉内的水是作为传递热能的工质，为使热机 冷端保持低温，汽轮机凝汽器需要大量冷却水；用水力输送锅炉排灰( 渣) 时，水是 作为运输载体介质的；还有洗涤用水和转动设备的冷却用水等。各种用途的水，一 般均有不同的水质、水量要求，但水经过不同途径使用后，常混入各种杂质和污物， 水质发生较大变化，这些水或作为废水排放或重新加以利用【ij 。 1 3 1 火电厂用水 1 冷却水 火力发电厂冷却水分为间接冷却水和直接冷却水两种【8 1 。 ( 1 ) 间接冷却水其特点是通过热交换器换热。冷却水基本上不受传热介质污 染。间接冷却水对水质的要求是对换热器管不腐蚀、不结垢。间接冷却水主要用于 凝汽器、主冷油器、发电机空气冷却器、氢气冷却器、辅机冷油器等设备。 ( 2 ) 直接冷却水其特点是冷却水和散热介质直接接触冷却，如轴承冷却水。一 般说来，直接冷却水应无杂质、低温、不腐蚀设备。 3 华北电力大学硕士学位论文 2 冲灰( 渣) 水 冲灰( 渣) 水用于冲灰、渣，其对水质要求不高。为防止结c a c 0 3 垢，可考虑用 低碳、微酸性水。 3 锅炉补给水 锅炉补给水主要用来补给汽、水系统的汽水损失。经除盐而送入锅炉， 4 生活、消防用水 生活用水可取自地下水或由市政给水系统供给。消防用水一般直接使用原水或 市政给水系统。 5 其他用水 包括厂区用水、机房杂用水、辐煤系统冲洗水等。这类用水对水质无特殊要求。 1 3 2 电厂水处理技术 循环冷却排污水约占电厂总耗水量的2 0 3 0 。排污水中含有大量盐分、 胶体、悬浮物、及病菌等有害成分，为达到循环排污水进入反渗透的要求必须通过 合适的预处理工艺去除有害成分。常用的反渗透预处理为澄清、过滤系统，如采用 传统工艺处理循环排污水，处理效果差，出水s d i 难达到小于4 ；而且常规澄清、 过滤系统复杂，设备多、占地面积大及维修工作量大，特别对低浊度水运行控制难 度大【2 1 。 近来一种新的预处理技术应用到废水的反渗透工艺上，它由可反洗的中空纤维 超滤膜组成。中空纤维超滤膜出水的胶体和悬浮物含量比传统的预处理工艺低很 多，使反渗透膜的污染速度大幅下降，延长了反渗透膜的寿命，降低了运行成本。 为此采用超滤技术作为反渗透的预处理。 循环冷却排污水含盐量较高，要回收利用，需对其进行脱盐。目前可用于脱盐 的工业化方法主要有蒸馏法、离子交换法、反渗透法和电渗析法等r 7 1 。 蒸馏法的主要优点是不受水中含盐量的限制，设备容量大，适用于有余热可利 用的场合，多设于沿海的火力发电厂、核电站。其缺点是盐水蒸发浓缩器在国内尚 无生产厂家，需从国外引进，设备费用相当高；系统设备、管道的结垢与腐蚀严重 【5 1 。因此，蒸馏法在处理大量循环排污水方面没有经济性可言。离子交换技术是一 种较成熟、应用最为普遍的技术。但离子交换法处理高含盐量水再生频繁，要消耗 大量酸、碱，运行费用高；产生大量酸、碱再生废液，造成二次污染。 反渗透法和电渗析法属于膜分离技术，膜技术具有设备简单、体积小、操作程 序单一、分离系数较大、。节能、高效和无二次污染等优点。但电渗析器只能除去带 电离子，且极易受到胶体物质的污染，设备投资较大。反渗透在国内发展迅速，国 4 华北电力大学硕士学位论文 产化程度相对较高，反渗透无需酸碱，不产生酸碱废水，运行成本较前三种方法都 低。为此，采用反渗透对循环排污水进行脱盐处理【3 1 。 华北电力人学硕士学位论文 第二章彗星过滤、超滤、反渗透原理及理论基础 2 1 彗星纤维滤料过滤器原理及运行特点 彗星纤维过滤器在过滤和反洗时均有其独特的优点。 过滤时，比重较大的彗核对纤维丝束起到压密作用，同时由于彗核尺寸较小， 对过滤断面空隙分布的均匀性影响不大，从而提高了滤床的截污能力。反冲洗时， 由于彗核和彗尾纤维丝束的比重差，彗尾纤维随反冲洗水流而散开并摆动，产生较 强的甩曳力，滤料之间的相互碰撞也加剧了纤维在水中所受到的机械作用力，滤料 的不规则形状使滤料在反冲洗水流作用下产生旋转，强化了反冲时滤料受到的作用 力，上述几种力的共同作用使附着在纤维表面的固体颗粒很容易脱落，从而提高了 滤料的洗净度【l 】。 2 2 超滤原理、特点及运行方式 2 2 1 超滤原理 超滤原理也是一种膜分离过程原理，超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力 ( 压力) 作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透 过膜的分离过程。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为5 万到1 0 万的物质。当 被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时，水分子和分子量小于 3 0 0 - - 5 0 0 t r 7 】的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，从 而使水得到净化。也就是说，当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除 去，同时可去除大量的有机物等。 超滤原理并不复杂。在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累， 会产生浓差极化现象，当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水 量急剧下降，这使得超滤的应用受到一定程度的限制。为此，需通过试验进行研究， 以确定最佳的工艺和运行条件，最大限度地减轻浓差极化的影响，使超滤成为一种 可靠的反渗透预处理方法。 2 2 2 超滤的运行特点 a 超滤与传统的预处理工艺相比，系统简单、操作方便、占地小、投资省、 且水质极优，可满足各类反渗透装置的进水要求。 b 合理地选择运行条件和清洗工艺，可完全控制超滤的浓差极化问题，使此 预处理方法更可靠。 6 华北电力大学硕士学位论文 c 超滤对水中的各类胶体均具有良好的去除特性，因而可以考虑扩大到凝结水 精处理及离子交换除盐系统的预处理中。 在超滤过程中，水深液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的深剂( 水) 及 小分子溶质透水膜，成为净化液( 滤清液) ，比膜孔大的溶质及溶质集团被截留， 随水流排出，成为深缩液。超滤过程为动态过滤，分离是在流动状态下完成的。溶 质仅在膜表面有限沉积，超滤速率衰减到一定程度而趋于平衡，且通过清洗可以恢 复。 超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目的，膜 孔径在2 0 一1 0 0 0 a o 之间。中空纤维超滤器( 膜) 具有单位溶器内充填密度高，占 地面积小等优点【1 6 】。 2 3 反渗透运行原理及特点 2 3 1 反渗透原理 对透过的物质具有选择性的薄膜成为半透膜。一般将只能透过溶剂而不能透过 溶质的薄膜视为理想的半透膜。当把相同体积的稀溶液( 如淡水) 和浓液( 如海水 或盐水) 分别置于同一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的 穿过半透膜，向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度， 形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压。渗透压的大小决定 于浓液的种类，浓度和温度与半透膜的性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透 压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的 方向相反，这一过程称为反渗透。 2 3 2 反渗透运行特点 反渗透法具有设备构型紧凑，占地面积小、单位体积产水量及能量消耗少等优 点，已应用于几乎所以行业。如前所述，它是在没有相变的情况下，依靠大于渗透 压的压力推动，通过膜的毛细管作用流出淡化的水，而且它还具有膜的筛分作用， 能除去极小的细菌、病毒和热原。因此自从开发以来发展迅速，不仅用于海水或苦 咸水的淡化，也作为锅炉补给水的预除盐和制取超纯水，离子交换前的预除盐，受 到需要既能除盐又要求除去细菌、微粒等行业的欢迎。近年来，国外开始认为饮用 水主要要纯而不需要靠饮用矿泉水来提供矿物质，所以它又被广泛用来处理一般的 自来水从而提供优质的饮用水。 总之，由于反渗透应用广泛，优点多，而且开发以来膜的品种不断增加，质量 不断提高，设备也不断改进，应用范围不断扩大，受到电力、电子、医药、食品等 7 华北电力大学硕七学位论文 各方面的重视，反渗透技术将有更广阔的发展前景，特别是与近年来发展起来的 e d i 技术组合，使纯水制造进入了一个出水品质好、无再生化学品、连续稳定运行 的新水处理时期 8 华北电力大学硕士学位论文 3 1 工程概况 第三章试验工程概况、流程及试验目的 3 1 1 工程改造依据： 华能上安电厂位于石家庄市以西井陉县境内，规划总容量为2 5 0 0 m w 。一期工 程2 x 3 5 0 m w ，二期工程2 x 3 0 0 m w 均已投产；三期工程正在建设2 x 6 0 0 m w 超临界 空冷机组。 3 1 2 除灰和循环水运行现状 上安电厂# l 、撑2 、撑3 、撑4 炉均为水力除灰，除灰采用循环水排污水。 上安电厂一、二期机组循环水补充水为地下深井水。循环水处理方式水质稳定 剂+ 硫酸，循环水浓缩倍率控制为3 0 ，极限含盐量1 7 0 0 m g l 。 3 1 3 节水工程改造预期效果 除灰运行情况：撑1 、拌2 炉为石子煤、粉煤灰、底渣全部干排。撑3 、j f 4 炉湿除 灰不变。 循环水运行情况：由于撑l 、撑2 炉冲灰改为干排灰，循环水去冲灰水将停用。因 此，拟将撑1 、撑2 循环水浓缩倍率由现在3 0 提高到5 0 倍，二单元浓缩倍率保持3 0 不变。 节水工程除灰最终实现“两干”“两湿”；相对应的循环水浓缩倍率实现“两 高”“两低”。 3 1 4 循环水回用处理工艺 循环水处理工艺改造是上安电厂整个节水工程有机的一部分，处理工艺为：彗 星过滤、超滤、反渗透处理。 取水量一期约3 0 0 t l a 、二期6 0 0 t h 循环水排污水进行处理，处理后的淡水与深 井水按比例补入撑l 、舵循环水水塔。 设计反渗透出力为6 0 0 t h 。 3 2 水处理系统工艺流程 具体水处理流程见图3 1 。 9 华北电力大学硕f 学位论文 33 工艺选择的基本原则 图3 - 1 水处理系统工艺流程图 系统工艺简单，操作方便 系统能耗运行费低 水的利用率要高 口动化程度高 34 模拟试验目的和注意事项 34 l 模拟试验目的 e 港透址于1 奉试验主要是针对上安电厂循环水排污水进行【叫用试验，通过试验掌握彗星纤 维滤料过滤器的特性和运行工艺，完成对不同厂家超滤膜和反渗透膜的沦证和检 验，获得相关试验数据，为丁程设计提供必要的支撑参数。 黛 一錾一瓤裂 芒筹甲 一n，圈， 薅亨 与鼹_ i m 上。 华匕电力人学硕+ 学位论文 第四章彗星滤料过滤器试验设计、结果及分析 41 混凝+ 高效过滤试验 试验混凝过滤工艺出水水质的变化，通过试验确定混凝剂的投加量及运行方 式。高效过滤器，要求进水悬浮物兰l o o m l ；出水浊度! i n t u n 4 1 1d a 8 6 3 5 0 0 型彗星滤料过滤器设计运行参数 表4 - 1 彗星滤料过滤器设计运行参数表 滤料材质聚脂纤维滤料密度8 3 k g m 3 过滤精度5 u m 过滤速度3 0 6 0 n d h 滤床纳污量 15 - 3 5 k g m 3 进水浊度_ 1 0 0 n t u 剩余积泥率 2 反洗耗水量 ( 2 滤料使用寿命1 0 年出水浊度 i n t u 设计压力04 m p a工作压力 o4 m p a 滤器直径 5 0 0 r a m 滤料高度 7 5 0 r a m 滤料芎最 1 2 k g 靠水器村质不锈钢 水冲强度6 - 80 t ，m 2s气冲强度 6 0o l m 2s 反冲洗水压01 0 0l5 m p a 反冲洗气压5 0 k p a 反洗时间1 8 m i n气冲时间3 - 5 m i n 气水冲时间8 1 0 m i n水冲时问 3 5 r a i n 下集水网状不锈钢，拱型板 4 12 过滤器工作原理 工作原理 彗星滤料标准型应为端部为硬核尾部呈扫把型，但实际上两端都有彗尾 加图4 - 1 、罔4 - 2 。 幽4 1 过滤前i 呈 4 - 2 过滤后 彗星滤料作为过滤器的核心滤料由慧核和慧尾组成，其规格为 华北电力火学硕士学位论文 m 2 5 x o 7 x ( 2 5 3 0 ) ( 彗核直径m r n x 丝束直径m i n x 彗尾长度m m ) ，彗核相对密度为 1 1 ，滤料所用纤维为聚酯纤维，纤维丝径2 0 4 0 1 x m ，卷曲数为7 1 0 个c m 。过滤时， 比重较大的彗核对纤维丝束起到压密作用，同时由于彗核尺寸较小，对过滤断面空 隙分布的均匀性影响不大，从而提高了滤床的截污能力。反冲洗时，由于彗核和彗 尾纤维丝束的比重差，彗尾纤维随反冲洗水流而散开并摆动，产生较强的甩曳力， 滤料之间的相互碰撞也加剧了纤维在水中所受到的机械作用力，滤料的不规则形状 使滤料在反冲洗水流作用下产生旋转，强化了反冲时滤料受到的作用力，上述几种 力的共同作用使附着在纤维表面的固体颗粒很容易脱落，从而提高了滤料的洗净 度。 4 1 3 絮凝剂加药泵参数 型号：a x 3 6 0 1 额定功率：2 5 0 v 5 0 6 0 h z 最大流量2 5 l h 4 1 4 风机参数 型号：d l b 6 a 最大压力：4 9 k p a 最大流量：5 5 m 3 h 最大真空度： 3 4 6 i ( p a 电机功率：1 1 k w 额定电流：2 6 a 额定转速：2 8 0 0 r m i n 4 2 实验内容 4 2 1 过滤器投运前预处理 新系统使用前应先把过滤器本体内滤料上的润滑剂和管道内的铁锈等杂质清 洗干净。把系统反冲洗进水阀、反冲洗进水调节阀、反冲排污阀打开，其余阀在关 闭状态，向过滤器本体内灌注清水，当过滤器内灌满清水后，关闭所有阀门。系统 灌满水放置4 8 h ，开启风机进行气冲1 0 分钟，停止风机后，开启进水阀再进行水 冲3 0 m i n 。 4 2 2 调试启动 a ) 开启过滤器原水进水阀门和排水阀门，向过滤器本体内注入原水，当排气管 1 2 华北电力人学硕士学位论文 流出水时，开启过滤器初滤排水阀门，同时关闭排气阀，系统进入初滤阶段。 每2 分钟取一个初滤水水样，检测初滤水出水水质情况，记录初滤水开始至 出水水质合格的过滤时间作为以后设备运行的参考数据( 一般为5 m i n ) 。要 求浊度小于1 n t u 。 b ) 当出水水质合格后，打开过滤器出水阀门和合格水出水调节背压阀，同时关 闭初滤排水阀，系统投入正常运行。 4 2 3 运行 过滤器进水流量由手动调节。 a ) 过滤器产水量的测定。 b ) 由于试验装置没有流量计，通过记录超滤的进水量和测定溢流水量，计算出 过滤器的产水量，进而计算出过滤器的滤速。控制滤速范围在3 0 6 0 m h 。 当出水浊度超过1n t u 时，过滤器停运进入反洗状态。 4 2 4 过滤器反洗 a ) 水冲洗 手动打开反冲进水阀和排污阀，控制水冲洗强度6 - 8 0 l m 2 s 持续2 m i n 后， 关闭反冲进水阀。 b ) 气冲洗 打开反冲进气阀，关闭进气管路排水阀，关闭进水阀和初滤水排水阀，防止 气体短流，由初滤水管路释放，减弱气洗效果，启动风机，4 m i n 。一定注意 避免风机进水。 c ) 气水反洗 手动打开反冲洗进水阀，进行气水反洗8 m i n ，停止风机，再关闭进气阀和 进气管排水阀。 d ) 第二次水冲洗 水冲洗4 m i n ，然后关闭反冲洗进水阀和反洗排污阀，反冲洗结束。 4 2 5 实验所用设备照片 华北电力大学硕士学位论文 43 实验目的 图4 3 彗星过滤器 通过加混凝剂，考察对c a 2 _ 、m 矿+ 、浊度、c o d 的去除率，根据p h 的变化， 确定昆优混凝剂及其加药量等，评价设计的预处理系统能否满足超滤系统的运行要 求。 43 1 不同滤速下过滤周期的确定 1 ) 运行条件：不加絮凝剂 滤速设定3 0 m s 、4 5 m s 、6 0 r i f f s 、大于6 0 m s ，每2 小时测定一次各监督项目。 以产水量和压差为参考指标，当产水浊度大于1 时，过滤周期最短1 2 h 。 滤速越低过滤周期越长，滤速越高过滤周期越短。 2 ) 运行条件：加絮凝剂加入量1 0 m g l ，加药点在过滤器入口管。 滤速设定3 0 m s 、4 5 m s 、6 0 m s 、大于6 0 m s ，每2 小时测定一次各监督项目。 以产水量和压差为参考指标当产水浊度大于1 时，过滤周期晟大为6 小时。 4 3 2 反洗时间的确定 r 1 ) 水冲时每1 0 s 取一个水冲水样，测定水样浊度，直到反洗排水浊度和进水浊 度相似( 大约为1 15 倍) 时停止水冲，确定水冲时间； 1 4 华北电力火学硕十学位论文 ( 2 ) 气水反冲时每3 0 s 取一次水样，持续8 m i n ，测定水样浊度，确定气水冲洗时 间； 第二次水冲时间的确定同第一次水冲； ( 3 ) 试验验证不同气洗时间( 4 m i n 、3 m i n 、2 m i n ) 反冲洗出水水质，确定最佳气 洗时间。 4 3 3 正冲时间的确定 反洗结束后，打开初滤水排水阀，每l m i n 取一个水样，测定水样浊度，确定 浊度小于1 n t u 的时间。 4 4 仪器、试剂及水质测试方法 4 4 1 仪器与试剂 p h 计、便携式浊度仪( 测试精度o 0 5 n t u ) 、p f s ( 聚合硫酸铁) 、o r p 仪、电导 仪、温度计 4 4 2 水质测试方法 钙的测定 ：e d t a 测定法g b t7 4 7 忙1 9 8 7 钙和镁总量的测定：e d t a 测定法g b t7 4 7 7 1 9 8 7 p h 值的测定 ：玻璃电极法g b t6 9 2 0 - - 1 9 8 6 钡的测定：原于吸收分光光度法g b t 1 5 5 0 6 1 9 9 5 浊度的测定：浊度仪 s s 的测定 ： 方法 4 5 数据记录与处理 4 5 1 运行数据 “8 6 3 彗星滤料过滤器”运行情况：过滤器运行2 6 天，进行了一系列的性能试验。 当进水浊度在1 1 0n t u 之间变化，过滤周期设为1 2 h ，流量稳定在9 4 t h ( 滤速约 为4 8 m h ) ，出水浊度能够稳定 i n t u 见图4 4 1 5 主 掣 检测次数( 2 h 次) 一m m j 丑m - m 水浊度 图4 - 48 6 3 过糖器进出水浊度变化图 为了考察其极限运行能力对其进行破坏性试验，调节过滤流量为1 1 7 t h ( 滤 速约为6 0 m h ) ，连续运行3 8 ( 建议反洗周期为1 2 h ) 小时不反洗，观察其出水水质变 化，虽终流量降低了2 1 ，出水水质依然合格( 见图4 5 ) ，并且经过反洗后彗星滤 料表现出极好的恢复性能。 46 小结 已 划 捌 l一 儿“! 二 孑一下t 一 一口冬# 水浊度 日水浊度 _ 71 31 92 5 3 13 7 时间( 小时) 国4 - 5 极限试验过滤器进出水浊度变化阿 通过近一个月的运行试验得出彗星滤料过滤器的过滤出水水质稳定，截污能力 强，恢复性能好，能够作为超滤进水的预处理工艺，达到了设计要求。 4 3 2 l 0 华北电力人学硕士学位论文 第五章超滤原理、试验设计、结果及分析 r o m i c o n 在1 9 7 3 年为水净化引进了新概念：中空纤维超滤。此创新使得大规模 的水处理有了更可靠的途径。r o m i c o n 中空纤维膜由不对称得人造聚合物制成，内 表面是一层极薄的超滤膜，这种独特的性能使得滤膜能自我支撑并允许反洗，此不 对称结构也使得污染物不易滞留在膜内部形成深层污染，故此类中空纤维膜具有更 强的抗污染性能和清洗易恢复性，广泛应用于物料分离及各类水处理。 5 1 原理及设备运行参数 超滤是一种筛孔分离过程，超滤膜具有一定形状和大小的孔，在压力作用下， 溶剂水和小溶质粒子透过膜而到达低压侧，大粒子组分被膜阻挡。可用孔模型来描 绘超滤过程：在以压力为推动力的传递情况下，根据膜孔径来选择分离溶液中所含 的微粒或大分子。通常超滤膜的孔径为1 0 2 0 n m t s l 。 超滤能够有效地去除水中的悬浮物、胶体、有机大分子、细菌、微生物等杂质。 由于超滤具有优良的过滤性能，因而被广泛应用于各种水处理系统中，并已在回水 水处理系统中推广使用。 在同一条件下对2 个不同厂家超滤膜进行试验，试验内容相同，比较不同超滤 膜的处理性能，主要评价超滤作为反渗透预处理的技术可行性，主要试验内容包括： 超滤膜的运行方式、过滤周期、膜通量、反洗方式、反洗时间、清洗方式( 清洗剂 的选择) 、清洗周期、化学药剂种类与加药方式、超滤出水细菌总数；超滤加n a c l 0 对后续反渗透的影响；超滤的运行跨膜压差和回收率等。 超滤系统由保安过滤器、超滤水泵、超滤压力容器、超滤膜、超滤反洗及清洗 装置、阀门管件、仪表以及必要的附件组成。 超滤( u f ) 设备是本系统预处理部分的关键设备，而超滤设备的中心部分为进 口的膜元件。该u f 膜由亲水性的中空纤维组成的，每一根膜元件由上千根中空纤 维组成的纤维束，截留分子量为1 5 2 0 万道尔顿【6 1 。原水是在中空纤维的内部从一 端流向另一端，而产水则是在原水流经膜的过程中逐渐由内壁向外壁透过( 称为内 压式) 收集后从产水端排出。被截留的悬浮物、细菌、大分子有机物、胶体等就 堆积在纤维内表面，此时u f 膜的膜前与膜后的压差会逐渐增加，经运行一段时间 后，当其压差增加到一定的值后，就进行反冲洗，反冲洗水可利用超滤产水，反冲 洗排出的水排放。但经多次反冲洗后，可能在膜表面粘附着不易冲洗掉的污染物和 微生物，此时就采用含有一定浓度的化学药剂的水进行反冲洗，以增强反洗效果， 并起到清洗作用p s i 。一般化学药品用盐酸、次氯酸钠等。 1 7 华北电力人学硕+ 学位论文 另外，本系统原水中含有大量的微生物、悬浮物、胶体等。这些物质对反渗透 的安全运行有害，必须通过预处理系统将其去除。加氧化剂的作用是提供足够量的 氧化性的n a c i o ，用于原水的灭菌、灭藻，控制和抑制预处理设备中微生物的滋生， 保证反渗透膜免遭生物污染。另一方面，若原水有絮凝剂加药系统，它还可以促进 加药后原水的混凝效果【1 4 1 。 本次试验目的是对超滤系统的运行条件，包括各种药剂的投加、合理的膜通量、 产水率、跨膜压差、反洗周期、反洗水量、化学清洗周期、化学清洗后超滤膜的恢 复情况等进行试验；对超滤处理产水水质，考察跨膜压差变化，重点试验产水的s d i 及其变化规律，其次是c o d 的去除率，并考察超滤出水水质是否稳定，是否能满足 反渗透系统的进水水质要求。确定超滤系统的运行参数，试验获得的相关数据，作 为工程设计的依据。 超滤系统产水水质应达到或优于：浊度5 0 1 5 n t u ；s d i 冬2 ，水的回收率2 9 0 。 c i p 周期不少于3 0 天，过滤周期4 5 分钟。 5 1 1