反渗透水处理技术在补给水处理中的应用
摘要：反渗透水处理技术是当今先进、节能、环保的分离技术,其原理是在高于溶液渗透压的压力作用下,借助于只允 许水透过而不允许其他物质透过的半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分离。利用反渗透膜的分离特性,可 以有效地去除水中的溶解盐、胶体、有机物、细菌、微生物等杂质,具有能耗低、无污染、工艺先进、操作维护简便等优点。 通过对引入反渗透水处理技术在中国华电集团富拉尔基发电总厂锅炉补给水处理中的应用与传统的离子交换除盐水处 理系统的经济性的对比,阐述了反渗透水处理技术的原理及应用优势。
关键词：水处理技术;反渗透;半透膜;离子交换除盐;工业废水
1 反渗透膜水处理技术
1.1 反渗透膜水处理技术的应用现状
自1995年以来,反渗透膜的使用量每年平均递增20%。国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为大型锅炉补给水,各种工业纯水、饮用水的市场规模次之,电子、制药、食品等行业反渗透膜的应用也都形成了一定规模。有潜力的应用领域有发电厂冷却循环水的排污水处理、大型海水淡化、苦咸水淡化、大型市政及工业废水处理等。
1.2 反渗透膜与传统离子交换除盐水处理技术原理
1.2.1 离子交换除盐水处理技术原理
离子交换除盐水处理的基本原理:清水经过交换 树脂层后,水中阳离子被阳树脂吸附,树脂上的可交换阳离子被置换到水中,与水中的阴离子组成相应的 无机酸。除二氧化碳后,含有无机酸的水再通过阴离子交换树脂时,水中的阴离子被树脂所吸附,树脂上的可交换阴离子OH-被置换到水中,与水中的阳离子H+结合成水,从而达到水质净化的目的。
阳树脂工作原理:
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阴树脂工作原理:
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1.2.2 反渗透膜水处理技术原理
用不允许溶质通过只允许水通过的半透膜,将盐水与淡水隔开。由于淡水中的化学位比盐水中的化学位高,所以从热力学观点看,水分子会自动地从化 学位高的淡水室通过半透膜向化学位低的盐水室转移,这种现象称为渗透现象。盐水侧液位升高,产生一定的静压力,阻止水分子向盐水侧移动,当盐水室的液面与淡水室液面差达到一定高度时,通过半透膜进入盐水室与通过半透膜离开盐水室的水量相等,即 达到动态平衡状态,平衡时淡水室与盐水室之间的液面差所产生的静压力称为渗透压。如果在盐水室侧外加一个比渗透压更高的压力,则可以将盐水中的纯水挤出来,即变成盐水室中的水向纯水中渗透,即其渗透方向与自然渗透方向相反,可以使盐水得到有效分离,达到水质净化的目的,这就是反渗透水处理的工作原理。
2 锅炉补给水水处理现状
目前,随着国内一些新建电厂的相继建成投产, 反渗透水处理技术也广泛应用于电力生产锅炉补给 水的净化处理中,从而替代或与传统离子交换除盐水 处理技术联合应用,大大提高了锅炉补给水的制水经济性,减少了各种废酸、碱液的排放,降低了环境污染。中国华电集团富拉尔基发电总厂(以下简称富电总厂)目前的锅炉补水处理工艺为:预处理→一级除 盐→混床。水处理设备分为4套一级除盐设备和5台混床。单套设备水处理能力为100 t/h,最大制水能力为400 t/h。每年用于再生用的酸、碱量各有近千 吨,排放的再生废酸、碱液多达6~7万,t车间每年用于酸、碱上的费用占整个车间生产维护费用的1/3以 上。同时,制水设备运行周期相对较短、失效频繁,运行人员劳动强度大。面对上述不足,解决的办法是引 进先进的水处理技术———反渗透膜水处理技术,改善 现有的化学水处理工况。目前,黑龙江省内投产的各 电厂锅炉补给水处理工艺均为传统的离子交换除盐工艺,故可以参考借鉴的成功经验不多。下面就传统 的离子交换和新兴的反渗透膜水处理技术进行对比分析,探讨反渗透水处理技术在富电总厂锅炉补给水处理中应用的可行性。
3 反渗透水处理技术应用的可行性分析
3.1 反渗透与一级除盐离子交换系统性能对比 反渗透与一级除盐离子交换系统性能对比见 表1。
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3.2 应用反渗透水处理技术前后的经济性比较分析
应用反渗透技术在富电总厂锅炉补给水处理系 统后,可以采取2种运行方式:一种为预处理→反渗 透→一级除盐→混床;另一种为预处理→反渗透→ 混床。鉴于富电总厂目前的实际情况,宜采用第1 种运行方式。反渗透水处理工艺的除盐率可达 98%以上,因此,采用反渗透水处理工艺前后的除盐 系统的运行周期理论上可以延长50倍左右,相应的 酸、碱耗量就可以减少50倍左右,实际运行中运行 周期可以延长20~30倍。采用反渗透水处理工艺 前后除盐系统的运行情况见表2。
由表2可知,采用反渗透水处理工艺后,除盐系 统每年的运行费用可以节约近158万元。建3套反 渗透水处理设备(每套设计出力为100~120 t/h ) 就可以满足富电总厂锅炉补给水处理需求,总投资 约为600万元。3套反渗透水处理设备每年的运行 费用(阻垢剂等)仅为15万元左右,增建3套反渗 透水处理设备的总投资600万元经过600/(158- 15)=4. 2(年)左右即可收回直接投资成本,而且不 包括大量的酸、碱废液进行处理的各种费用。 3.3 应用反渗透水处理技术可有效利用工业废水 目前,富电总厂工业废水回收处理后直接排放 到冲灰系统进行冲灰处理,几乎没有回收再利用。 主要原因是厂内工业废水的含盐量非常高,超出了 目前离子交换除盐设备的处理能力(周期短、制水 量少、酸碱耗高等)。如果化学水处理增加反渗透 处理工艺,就可以充分利用厂内回收处理后的工业 废水。目前,厂内工业废水的回收处理量约200 t/h, 每年可回收利用废水资源约175万,t基本可以满足 化学车间一半以上的制水需求,可节约大量水资源和 取水费用。
4 结束语
由上述分析可知,反渗透水处理技术作为近年来新兴的水处理技术,在富电总厂具有较高的应用价值,但其建设投资大、对原水水质要求高等缺点严重制约了反渗透水处理技术在一些已建老电厂的应用。随着科学技术的发展以及对节约水资源和环保要求的提高,反渗透水处理技术在电厂会得到越来越广泛的应用。
参考文献:
[1]周柏青.全膜水处理技术[M].北京:中国电力出版社, 2005.
[2]陈志和.电厂化学设备及系统[M].北京:中国电力出版 社, 2006.
[3]李旭东,杨云.废水处理技术及工程应用[M].北京:机 械工业出版社, 2003.
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