膜法水处理应用于发电厂
1.介绍
锅炉补给水的制备工艺近些年有了比较大的进步。传统的制备工艺主要利用混凝、澄清、过滤来去除悬浮物，利用离子交换技术来去除水中各种盐离子，称为化学水处理：
传统工艺存在的主要问题一是预处理系统的效率不高，流程长，效果不稳定；二是离子交换树脂需酸碱再生，大量排放酸碱废水，污染环境。
近些年随着水资源的匮乏和环保呼声的提高，新的水处理技术发展势头很快。利用各种膜分离技术可以构建如下的锅炉补给水处理流程：
其中，超滤与传统的预处理技术相比，其产水水质更好，可以为下游反渗透膜提供最佳的保护，使得污水或者废水进入反渗透脱盐成为可能；而反渗透则是这个工艺中脱盐的核心，它可以去除98％以上的各种离子； EDI新技术近两年来我国多个热电厂的锅炉补给水系统中得到应用，它取代传统的混床，无需消耗酸碱就可连续制取高纯水，是一项环保的新技术。这个“全膜法”工艺是一个“物理”的净化过程，它高效、环保，并且在投资、运行、维护方面拥有诸多优势，从而引起广泛的关注。
山西古交发电厂是全国最大的燃用洗中煤的坑口电厂之一。规划容量为4×300MW。古交发电厂由山西省电力勘测设计院负责工程设计，设计人员针对电厂亚临界锅炉补给水系统的工艺进行了大量的前期调研工作，在此基础上比较了传统的一级除盐加混床、反渗透加一级除盐加混床、以及“超滤－反渗透－EDI”三种工艺的经济性、可靠性和环保性。最后初步拟定了第三种全膜法的方案。
考虑到超滤和EDI新技术在国内30万千瓦以上的大机组中没有应用的先例，而EDI作为补给水系统最后一道处理工序，其产水水质直接关系到锅炉和汽轮机的安全运行。因此，在实地考察的基础上，山西恩华能源公司、山西电科院、山西电力设计院组织了一个联合试验组，在古交电厂的水源地－万家寨针对黄河水连续进行了两周的现场中试。中试的主要目的包括：
1）考察是否有必要使用超滤，超滤的产水水质，超滤本身抗污堵的状况；
2）考察EDI的产水水质是否能够安全可靠地满足超高压锅炉的用水要求；
2.试验水质以及工艺设备
2.1试验流程
试验采用如下的膜法处理流程：
试验规模：超滤产水：4.5m3/h；EDI产水：2.0m3/h
2.2试验用水质
试验所取万家寨黄河水水质资料见表1。
表1. 万家寨黄河水水质
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含量（mg/L） | 项目 | 含量（mg/L） |
| K+ Na+ | 130 | Cl- | 105 |
| Ca2+ | 61.7 | SO42- | 214 |
| Mg2+ | 35.2 | HCO3- | 245 |
| TDS | 725 | 胶体硅 | 49.6 |
| SS | 31 | 溶解硅 | 7.2 |
| COD-Mn | 4.2 | pH | 7.7 |
| TOC | 5.6 |
2.3试验装置及分析手段
试验装置采用一体化的集装箱式中试装置，全自动控制。其中包括：
1. 双滤料过滤器1台；
2. 超滤装置1套。含 OMEXELLTM-SFP2660超滤膜4支（膜材质为PVDF）；
3. 一级、二级反渗透装置各一套；
4. EDI装置一套。含OMEXELLTM-210 EDI元件一支及附属系统。
试验中检测的项目及方法如下：
表2. 检测的项目及方法
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检测方法 | 仪器名称 | 规格型号 | 精度 | 制造厂 | 检测频率 |
| 浊度 | 取样人工 | 浊度仪 | 2100P | ±0.01 | HACH | 2小时 |
| SDI | 人工手动 | SDI测定仪 | Millipore | 4小时 | ||
| SiO2 | 取样人工 | 分光光度计 | 721型 | 2次 | ||
| 硬度 | 取样人工 | 化学滴定 | 2小时 | |||
| 电导率 | 在线自动 | 电导率表 | 8850 | ±0.1 | Signet | 1小时 |
| pH值 | 在线自动 | PH表 | 8750 | ±0.1 | Signet | 1小时 |
| 流量 | 在线自动 | 流量计 | 8550 | ±0.1 | Signet | 1小时 |
| 压力 | 在线自动 | 压力表 | ±0.01 | Wika | 1小时 | |
| 温度 | 在线自动 | 温度表 | 8850 | ±0.1 | Signet |
1小时
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3. 试验结果与讨论
3.1 预处理系统对浊度的去除
预处理系统包括双滤料过滤器装置和超滤装置，主要去除水中的颗粒、胶体、悬浮物、大分子有机物、浊度等，使出水满足反渗透的进水条件（主要有浊度和SDI值两个指标）。
1) 双滤料过滤器出水浊度最高43.3NTU，最低2.6NTU，出水浊度受原水浊度的变化影响较大，去除率在46.96%~94.51%之间。
2.)超滤出水浊度最高0.4NTU，最低0.14NTU。去除率在92.19%~99.52%之间。
说明：超滤的降浊作用非常明显，在双滤料出水浊度较高、变化较大的情况下，出水浊度也非常稳定，能满足反渗透进水浊度＜1NTU的要求。
图1. 预处理系统对浊度的去除情况
3.2 预处理系统对SDI的去除
SDI值是污染指数的简称，在反渗透系统中，用来衡量反渗透进水的一个重要指标。反渗透系统进水要求15分钟SDI值SDI15＜5，推荐值SDI15＜4。反渗透进水SDI15值越小说明进水对反渗透膜的污染程度越小。
试验期间超滤出水SDI15值的变化曲线如图2所示。从图中可以看出超滤出水SDI15值最大1.33（出现在万家寨水库排砂，原水浊度＞100NTU期间）最小0.00，除了4次＞1.0外，其余均＜1.0；优于SDI15＜4的反渗透进水推荐值。说明SFP超滤对污染指数SDI15值有很有效降低作用。超滤进水（即双滤料过滤器出水）SDI15>6.67（SDI极限值）, 无法测量。这表明，如果不使用超滤进行更深度的处理，双滤料过滤器的产水是不能满足反渗透的进水要求的。因此，在此水质条件下，超滤是必需的处理工序。
图2. 预处理系统对SDI15的去除情况
3.3 超滤装置进出水压差的变化
试验期间保持产水流量不变，监测超滤进出水压力数据，得到超滤的进出水差压变化曲线，并经温度修正后如图3所示。可以看出，超滤的进出水压差在试验期间有一定的波动，但总体没有明显的升高趋势。说明在此期间超滤膜没有明显的污堵。
图3. 超滤过膜压差的变化情况
3.4 反渗透和EDI的除盐情况
除盐系统包括一、二级反渗透和EDI。一级反渗透作为预脱盐装置，脱除水中大部分的溶解盐类、颗粒、硬度、活性硅，二级反渗透和EDI作为精脱盐装置，进一步脱除水中微量的溶解盐类、硬度、活性硅，使整个系统的出水水质达到超高压亚临界锅炉的补水水质要求。原水和EDI产水电导率的变化如下图所示：
图4. 原水与EDI产水电导率的变化
3.5 膜法除盐系统对硅的去除
硅是锅炉补给水的一项重要指标，在电厂的运行中硅的含量被严格监测和控制。试验期间，对膜法除盐系统的进、出水硅含量进行了监测分析。其中两次取水样送至“北京谱尼理化分析测试中心”进行低含量硅的分析，分析结果如下：
表3. 水样低含量硅分析
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水样一（取样时间：2003年3月29日9:00） | 水样二（取样时间：2003年4月2日12:00） | ||||
| 1 | 原水 | 全硅（mg/l） | 8.73 | |||
| 活性硅（mg/l） | 8.18 | |||||
| 2 | 双滤料出水 | 全硅（mg/l） | 6.69 | 双滤料出水 | 全硅（mg/l） | |
| 活性硅（mg/l） | 6.28 | 活性硅（mg/l） | 8.01 | |||
| 3 | 超滤出水 | 全硅（mg/l） | 6.16 | |||
| 活性硅（mg/l） | 5.79 | |||||
| 4 | 一级RO出水 | 全硅（mg/l） | 0.084 | 一级RO出水 | 活性硅（mg/l） | 0.078 |
| 去除率 | 98.64% | 去除率 | 99.02% | |||
| 5 | 二级RO出水 | 全硅（mg/l） | 0.012 | |||
| 去除率 | 85.71% | |||||
| 6 | EDI出水 | 全硅（mg/l） | 0.002 | EDI出水 | 活性硅（mg/l） | 0.003 |
| 去除率（%） | 83.30% | |||||
从表中数据可以看出，膜法除盐系统各单元对硅均有较高的脱除率。一级反渗透脱硅率达到99%左右，与设计软件的计算值接近；而二级反渗透进水的硅含量较低（84ppb），其对硅的脱除率也相对较低，约86％；而EDI对硅的脱除率约为83%。试验期间系统产水硅含量在0.003 mg/L(3ppb)左右。
另外，EDI产水中的硬度指标始终保持在检测下限之下，符合锅炉用水的要求。
4. 结论
通过试验过程和试验过程各种数据的分析，可以得出以下结论
1) 试验期间，万家寨水库水经过“双滤料过滤+超滤+两级反渗透+EDI”的工艺处理后，出水硬度、活性硅、电阻率各项指标完全能满足古交新建超高压亚临界锅炉补给水的要求。
2)双滤料过滤后水质的浊度和SDI值均不满足反渗透的进水要求；而经超滤处理后，产水浊度小于1、SDI小于1，可大大降低反渗透膜的受污染程度。同时超滤本身没有观察到明显的污堵现象；
3.)EDI出水硬度接近于0、活性硅含量仅3ppb、电导率低于0.06mS/cm，各项指标完全能满足古交电厂超高压亚临界锅炉补给水的要求。考虑到原水硅含量可能的波动、反渗透和EDI设备性能长期运行后可能的衰减等因素，综合认为该工艺是安全、可靠的。
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