反渗透水处理技术在电厂中的应用

1、24反渗透水处理技术在电厂中的应用The A pp lication of the Reverse Osmosis Technolo gy for the Power Plant Water Treatment郭包生(内蒙古电力科学研究院,内蒙古呼和浩特010020#技术应用#摘要介绍了反渗透水处理技术的原理与该技术在内蒙古电力工业中的应用效果和取得的经验。关键词反渗透;除盐;膜分离;应用效果中图分类号T Q085+.4文献标识码A文章编号1008-6218(200003-0024-03反渗透(简称RO,是英文Reverse Osmosis 的缩写是一种膜分离技术,发展于国外50、60年代的宇

2、航技术研究,现在已经广泛应用于电子、电力、化工、饮料、海水和苦咸水的淡化等诸多领域的水处理技术中。80年代初在我国得到实际应用,先是在电子行业及饮料行业,而后在电力行业中的应用。目前,内蒙古电网所属的电厂中有4个电厂的锅炉补给水处理系统采用了反渗透设备,应用方式均是以反渗透作为预除盐装置,以离子交换设备作为精除盐装置。4个电厂的反渗透概况见表1。1反渗透技术的基本原理许多天然或人造的薄膜对于物质的透过具有选择性,当两种浓度不同的溶液(这里指浓水与淡水被一层半透膜隔开时,只有水可以通过,而溶质(水中的盐分却不能通过。自然状态下,水从淡水侧向浓水侧渗入,当渗入达到动态平衡时,在两种不同浓度的溶液液

3、面产生高度差(或称压差,这个压差称为渗透压,而这个过程称为渗透。如果在浓水侧施加压力,以至于超过渗透压,则浓水中的水会通过半透膜渗入淡水侧,这个过程与自然状态下发生的渗透过程正好相反,所以称为反渗透。反渗透装置净化水的过程属于物理过程,在一定压力下,溶于水中的各种物质包括分子和离子,被截留在反渗透膜的一侧,水分子渗透到反渗透膜的另一侧,从而实现了对水的过滤净化。通常,一级反渗透的回收率控制在75%,除盐率可以达到98%左右。在除盐水处理系统中,通常以反渗透设备作2000年第18卷第3期内蒙古电力技术INNER MONGOLIA ELE CT RICPOWER 收稿日期2000-01-26200

4、025年第18卷第3期内蒙古电力技术为预除盐装置,以离子交换设备作为精除盐装置,这种组合方式较为经济合理。2反渗透的应用效果2.1该技术在节约酸碱耗量的同时,增加了离子交换除盐设备的周期制水量,减少了环境污染。海勃湾发电厂245t/h 反渗透装置从1994-01-20投产到现在已经稳定运行了6a,在这期间,反渗透的除盐率一直维持在95%以上,使得布置在其后的二级离子交换除盐设备的周期制水量大大增加,从而减少了再生次数,由此而节约的再生酸碱费用已经超过这套反渗透设备投资的2倍。反渗透投运前后的数据对比见表2。 从表2可以看出,由于投运了反渗透,使阳床、阴床、混床的周期制水量增大了数十倍。乌达发电

5、厂在投运反渗透之前,平均每天再生1套离子交换除盐设备,而投运反渗透之后,平均每3个月再生1套离子交换除盐设备,运行费用降低92%。蒙达公司化学车间1999-011999-06平均每月供除盐水59861t,消耗质量分数为31%的H Cl,159t,质量分数为31%的NaOH ,146t;当年7月底投运了反渗透,8月份的月供除盐水81512t,消耗质量分数为31%的H Cl,66t,31%的NaOH ,54t 。可见,增设反渗透装置之后可以节约大量酸碱。节约再生酸碱,也就减少了酸碱废液的排放量及环境污染,因此可以说反渗透是一种节能环保型水处理设备。2.2在原水水质含盐量高或呈增高趋势的情况下,保证

6、了离子交换除盐设备正常运行。蒙达公司的原水(黄河水在1990年的设计水质是总阳离子或总阴离子的波度是9.5mm ol/L,然而1997年3号机组试运时,原水的总阳离子或总阴离子已经上升到的波度11.5mm ol/L,并且有继续上升的趋势,这导致原设计的锅炉补给水处理设备的周期制水量下降30%左右。为满足机组的用水需要,决定在原有的离子交换除盐设备前增建反渗透预除盐装置,该装置于1999-07投产以后,达到预期目的。原有的离子交换除盐设备的周期制水量提高20多倍,而且在原水含盐量发生大的波动时,反渗透后面的离子交换除盐设备仍能正常制水,保证了4330M W 机组的安全运行。3反渗透应用过程中的经

7、验3.1反渗透装置进水是否进行杀菌和絮凝处理应以原水水质而定。微生物和胶体都会对反渗透的膜元件造成不良影响,所以对于地表水,一般要通过加药进行杀菌和絮凝处理,合格之后才能进入反渗透装置;如果地下水(深井水中的微生物和胶体含量能够达到反渗透进水水质的要求,就没有必要加药进行杀菌和絮凝处理。海勃湾发电厂的原水是深井水,反渗透装置中设计安装了杀菌(NaClO和絮凝(聚丙烯酰胺处理系统,但在反渗透投运后一直没有对进水进行过杀菌和絮凝处理,反渗透装置却一直没有因此而受到影响,实践证明不对深井水进行杀菌和絮凝处理是可行的。在后来投产的锡林浩特第一热电厂的反渗透装置,没有设计絮凝处理系统,并且设计的杀菌处理

8、系统运行了一段时间之后也取消了,因为锡林浩特第一热电厂的原水也是深井水。现在锡林浩特第一热电厂的反渗透装置的进水只加阻垢剂PTP-0100。乌达发电厂的反渗透装置进水也是深井水,装置投运以来也是只加阻垢剂。3.2反渗透装置进水是否进行加酸处理应以膜元件对水的p H 值的适应范围而定。反渗透膜是从醋酸纤维膜发展起来的,但是进入90年代以后,性能更好的聚酰胺复合膜得到了广泛应用,复合膜的诸多优点之一就是它对水的pH 值的适应范围广,为211;而醋酸纤维膜对水的p H 值的适应范围为5左右,所以用醋酸纤维膜处理水的时候,需要对进水加酸调整pH 值。海勃湾发电厂的原水pH 值为7.8左右,而且反渗透选

9、用的是复合膜,所以不需要对进水加酸调整p H 值。海勃湾发电厂于1994-04-27取消了对反渗透进水的加酸处理,设备的运行并没有因此而产生不良反应。从这时起,海勃湾发电厂反渗透的进水只加阻垢剂六偏磷酸钠,控制标准为5m g /L,设备运行到现在一直处于良好状态。在后来投产的锡林浩特第一热电厂及蒙达公司和乌达发电厂的反渗透的膜元件也是复合膜,所以对反渗透进水均没有设计加酸系26内蒙古电力技术2000年第18卷第3期统。3.3造成反渗透膜污堵及进水SDI值(污染指数超标的原因往往并非来源于原水。海勃湾发电厂的反渗透装置在刚投运2个月时,一段压差已增大为投运初期的4倍,脱盐率和出力明显下降。而且在

10、投运初期的2个月内,保安过滤器的滤芯被迫更换了3次,滤芯上吸附了大量黄褐色物质,经化验证明主要是含铁物质。经检查发现,含铁物质来源于从保安过滤器入口加入的用于调节pH值的工业盐酸。根据化验结果计算,工业盐酸引入到原水中的铁含量为0.56mg/L,超过了反渗透入口水铁含量要求小于0.1m g/L的标准。在1994-03-20对反渗透进行化学清洗之后,一段压差由0.8M Pa降至0.4M Pa;在1994-04-27停止对反渗透入口水加盐酸之后,一段压差逐渐减小,到1994-05-07一段压差降至0.20.25M Pa,恢复到反渗透投产时的水平,此后没有再发生反渗透膜被明显的污堵。蒙达公司反渗透预

11、处理装置于1999-03-20调试完毕,系统出水的污染指数当时是合格的,但是到1999-07反渗透开始调试的时候,污染指数却不合格了。测定污染指数后,从污染指数测试仪中取出的膜片表面有时颜色发绿,这说明过滤器在静态备用的几个月时间里,由于微生物的滋生,使过滤器受到了污染。在对反渗透预处理系统进行了杀菌和絮凝处理之后,污染指数合格。蒙达公司的原水取自黄河水,地表水在过滤器中长时间静置了容易发生微生物滋生的问题。所以,反渗透预处理系统的调试应与反渗透装置的调试紧密衔接起来,否则,预处理系统长时间的停运容易引起微生物的滋生,从而引起SDI值的超标。3.4/软化+反渗透0的除盐方式用于电厂锅炉补给水的

12、制备是不适合的。/软化+反渗透0一般被作为饮用纯净水的制备方式,但这种除盐方式用于电厂锅炉补给水的制备是不适合的。原因有两个:第一,这种除盐水的Na+质量分数偏高,不能满足机组水质的要求;第二,这种除盐方式的运行费用是/反渗透+离子交换0除盐方式的数十倍。锡林浩特第一热电厂锅炉补给水的除盐方式最初为:软化+反渗透,实践证明,这种除盐方式制出的除盐水虽然硬度为0,但电导率为10L s/cm,Na+质量分数高达1500L g/L,在2 12M W改建机组试运和投产以后,机组汽水中的Na+质量分数长期超标。1998-11除盐方式改造为:反渗透+一级除盐,这种除盐方式制出的除盐水硬度为0,电导率为1L

13、 s/cm,N a+质量分数200L g/L 左右,水质较改造前有了很大的改善。同时锅炉的排污率也降了下来,从而节约大量的煤、水、电。据估算,改造后的除盐方式,所带来的节能效益及减少的运行费用每年达到百万元人民币。4结论反渗透技术是利用压力差为推动力的膜分离技术,它可以除去水中的各种离子、分子、有机物、胶体、细菌、病毒等,是当今世界公认的高效、低耗、无污染的水处理高新技术;工艺流程简单,有利于实现水处理的连续化、自动化;反渗透装置结构紧凑,占地面积小。反渗透是目前较理想的净水技术,大容量的反渗透装置多用于电厂的锅炉补给水处理,早在1992年,全世界就有约60%的发电厂应用了反渗透净水设备。但到目前为止,我国大多数电厂还没有采用这一技术,价格是制约反渗透装置广泛应用的首要因素,但实际上以反渗透+离子交换法制取除盐水与以离子交换法制取除盐水所用费用相比,23a节约的酸碱费用就相当于反渗透及其预处理系统的投资;只要运行维护得当,反渗透膜元件的使用寿命可以超过6a,反渗透其余部件及其预处理系统的使用寿命会更长,以海勃湾发电厂为例,其反渗透膜元件的除盐率每年递减不到1%。另外,以反渗透+离子交换法制取除盐水的运行值班人员的数量,可以减少为以离子交换法制取除盐水的三分之一,而运行人员的劳动强度仍会比以离子交换法制取除盐水的低。所以,以反渗透+离子交换法制取除盐水的各种收益,