膜技术在电厂中的应用

膜技术在电厂中的应用第1页/共24页膜技术在电厂中的应用第2页/共24页膜技术在电厂中的应用

当前，膜技术是新的具有很大发展前途的技术。美国官方文件曾说：“18世纪电器改变了整个工业进程，而20世纪膜技术将改变整个面貌。”可见，膜技术已在很大范围内引起人们重视。在水处理行业，膜技术通常是指反渗透、纳滤、超滤、微滤和电渗析。我国电厂水处理对膜技术的正式应用最早可追溯到20世纪70年代末到80年代初。至今，反渗透技术已在我国许多电厂获得广泛应用。随着膜技术的发展，新的膜技术的出现，拓宽了它在电厂水处理中进一步应用的前景。第3页/共24页纯水制备技术的发展反渗透（RO）和电除盐（EDI）纳滤（NF）超滤（UF）和微滤（MF）膜技术在电厂中的应用第4页/共24页纯水制备技术的发展

在各工业行业中，电力工业锅炉用水的纯水处理是规模最大的，水质要求也很高，技术历史也最久。回顾其发展历史，大致可以分为以下四个阶段。

1）采用蒸馏方法制备蒸馏水

2）采用离子交换方法制备纯水

3）采用反渗透和离子交换相结合的方法制备纯水

4）采用全膜工艺制备纯水第5页/共24页纯水制备技术的发展表1国内外纯水制备技术用于电力工业锅炉用水的发展概况

蒸馏

离子交换技术RO+离子交换全膜处理

(早期纯水制备技术)(过渡阶段纯水制备技术)(未来纯水制备技术)

国外国内国外国内国外国内30-50年50-60年60-70年70年代80年代90年代刚刚起代开始代开始代开始开始开始开始步BACK第6页/共24页反渗透（RO）和电除盐（EDI）1反渗透（RO）1.1概述

反渗透(reverseosmosis)技术是一种先进的节能的膜分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的作用下,依据离子、细菌等杂质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小(仅为1nm左右),因此能有效地去除水中的溶解盐、胶体、微生物、有机物等(去除率高达97%～98%)。系统具有出水水质好、能耗低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。但反渗透产水（电导率达10~50μs/cm）还不能满足中高压锅炉的用水要求，还需进一步除盐。BACK第7页/共24页反渗透（RO）和电除盐（EDI）1.2单纯离子交换系统和反渗透-离子交换联合处理系统的技术经济比较产水量以60t/h计，原水选用国内几种河水，其含盐量分别为182.1mg/L、416.0mg/L、589mg/L、829.8mg/L四种。单纯离子交换系统根据原水含盐量大小选用单床，双室床或强、弱型树脂复床后加混床；反渗透-离子交换联合处理系统在反渗透后采用一级除盐加混床。预处理均采用澄清过滤，反渗透-离子交换联合系统，增加精密过滤、加热及保安过滤。经济比较按两种方式进行计算，它们分别是“制水成本”和“折算费”。制水成本=

药品费+电费+水费+树脂填料补充费+人工费+设备折旧费一年制水量折算费Z=0.15×投资费+运行费BACK第8页/共24页图1含盐量与制水成本、折算费Z的关系

其计算结果见图1。从图中可见，当进水含盐量在500mg/L左右，两种处理方式的制水成本、折算费Z相近，含盐量大于500mg/L后，采用反渗透-离子交换联合系统的制水成本、折算费均低于单纯离子交换系统。由于反渗透-离子交换联合系统运行人员劳动强度低，废液排放少，尽管其投资高一些，综合比较，采用反渗透-离子交换联合处理系统更为有利。反渗透（RO）和电除盐（EDI）BACK第9页/共24页2电除盐（EDI）2.1原理

电除盐EDI(Electrodeionization)又称填充床电渗析，它是依靠电场作用，去除水中的无机离子，是近年来出现的一项新的纯水制备技术。它把传统的电渗析技术和离子交换技术有机地结合起来，即在传统的电渗析淡水室(或也包括浓水室)中充填阴阳混合树脂，利用树脂去除进水中微量离子，从而使出水电导率下降，出水水质提高。该树脂不需要酸碱再生，而是通过电渗析极化时水解离产生的Ｈ+和ＯＨ-对树脂进行再生，再生产物进入浓水室排放，因此，它既克服了电渗析不能深度脱盐的缺点，又弥补了离子交换不能连续工作、需消耗酸碱再生的不足。其原理如图2所示。反渗透（RO）和电除盐（EDI）BACK第10页/共24页OH-SO42-Na+H++OH-OH-+++SO42-++++OH-OH-Na+Na+H+----Na+--Na+Na+H+--SO42-Na+H+OH-SO42-Na+H+Na+OH-SO42-纯水浓水（冲洗水）阳极阴极原水混合树脂阴膜阳膜图2电除盐（EDI）原理BACK第11页/共24页反渗透（RO）和电除盐（EDI）2.2EDI出水水质

EDI出水水质可以达到混床水质，可以满足锅炉用水和电子工业用水的要求。某EDI的出水水质列于表2。表2某EDI产水水质举例

成分进水产水去除率%电导率μs/cm17.40.05699.99Na+μg/L29002.399.92Ca+μg/L124<0.599.60Cl-μg/L1050<0.299.98SiO2μg/L9396.299.34TOCμg/L842570.24BACK第12页/共24页反渗透（RO）和电除盐（EDI）2.3EDI进水水质要求

EDI对进水水质要求也严，由于其中树脂不能进行反洗、再生，所以要求进水中必须彻底去除颗粒状物和胶体。另外，由于EDI充填的树脂量很少，进水必须含盐量要小，最适合它的进水就是反渗透的出水，它对进水水质要求列于表3。表3EDI对进水水质的要求BACK

颗粒与电导率硬度TOCpH游离氯Fe,Mn,硫非活性硅CO2

压力胶体物质μs/cmmg/Lmg/Lmg/L化物mg/Lmg/Lmg/LMpa彻底去除<40<0.5<0.54-10<0.1<0.01<0.5<80.14-0.35第13页/共24页反渗透（RO）和电除盐（EDI）2.4反渗透+电除盐工艺应用实例

缅甸某电厂项目装机容量为2×240t/h，高温高压煤粉锅炉+2×60MW抽凝机组，锅炉补给水系统设计规模为供水量2×23m3/h。产水水质要求符合高压锅炉给水规范：电导率<0.2μS/cm，SiO2<20μg/L，硬度≈0。该系统采用预处理+反渗透+电除盐的工艺技术，控制系统设计为自动控制，包括预处理、RO、EDI系统和相关机泵全部采用PLC程序控制，由CRT站集中监控。系统的原水是当地溪水，水质如表4所示。

BACK第14页/共24页反渗透（RO）和电除盐（EDI）表4原水水质

其工艺流程为：原水箱→清水泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→钠离子交换器→保安过滤器→一级反渗透装置→中间水箱→中间水泵→电除盐装置→除盐水箱→除盐水泵→凝汽器BACK第15页/共24页反渗透（RO）和电除盐（EDI）

其中，反渗透装置膜组件选用美国DOW氏公司FILMTEC卷式组件(BW30-365型)。该组件由三层的薄膜复合，表面层为芳香聚酰胺材质，厚度约为0.2μm，并由一层微孔聚砜层支撑。压力膜管选用美国专用于卷式RO组件的玻璃钢压力膜管，压力膜管是增强FRP材质，具有抗腐蚀性、耐压2.1MPa、管内壁光滑、装卸方便等特点。反渗透出水满足EDI进水水质要求(见表5)。表5反渗透出水水质BACK第16页/共24页反渗透（RO）和电除盐（EDI）

此项目选用GE公司的E-CELL模块，每个模块额定制水量2.88m3/h，最大制水量3.4m3/h，膜堆型号MK-2，每套EDI装置用8个膜块。其出水水质如下：硬度≈0；二氧化硅<10μg/L；电导率(25℃)<0.1μS/cm图3GE公司的E-CELL装置BACK第17页/共24页纳滤（NF）

纳滤又称松散型反渗透，它和反渗透一样，可以去除水中离子和有机物，但它对二价离子去除率高(95%以上)，对一价离子去除率低(40%～80%)。纳滤的这一性能决定了它的用途，目前一般在生活饮用水处理上代替反渗透，它有保留一定矿物质又能去除有机物的优点。在发电厂水处理中，人们较多关注的是它用作循环冷却水处理。去除硬度以防垢,以及用于循环冷却水排水的回收利用。但是由于投资费用高，目前尚无人使用。

在发电厂补给水的纯水处理中，纳滤不如反渗透优越，除非它的价格大大低于反渗透，否则应用的可能性不大。在电厂生活饮用纯水处理上，纳滤比反渗透优越，有应用前途。BACK第18页/共24页超滤（UF）和微滤（MF）1超滤（UF）超滤也是压力型驱动膜，但它分离原理与反渗透膜不同，它基本上属于多孔膜上的机械截留，分离范围为大分子物质、病毒、胶体等，表征它分离性能的指标通常用截留分子量来表示，如截留分子量为10万，表示水中分子量大于10万的物质基本上都无法透过膜，被截留在膜面。目前，超滤在电厂水处理中的应用刚刚起步，具有很大的发展空间。1.1用作反渗透进水前处理反渗透使用中的一个关键问题是它的进水水质必须符合要求，否则膜很快被污染，这会大大影响膜的使用寿命。BACK第19页/共24页超滤（UF）和微滤（MF）

进水水质中一个关键的指标是水中颗粒状物和胶体含量，通常用SDI表示。反渗透要求进水SDI<4～5。目前一般常规的混凝、澄清、过滤水处理工艺很难达到这种指标，如果原水是水库水、高有机物含量水，则更困难。

如果用超滤对反渗透进水进行处理，由于超滤膜孔径更小（例如截留分子量10万的膜孔径大约0.01μｍ)，它可以有效地将水中胶体去除，确保所处理水的SDI<1，远远低于反渗透进水要求，保证反渗透安全运行，延长其寿命。1.2用作发电厂废水处理设施目前已有人用超滤来处理发电厂煤场高浊度废水，处理后水质清晰，达到排放标准，设计的超滤装置清洗容易，防污能力强。BACK第20页/共24页超滤（UF）和微滤（MF）2微滤（MF）微滤与超滤一样，同属于低压膜处理工艺，只是它的膜孔径比超滤膜稍大，主要滤除水中0.1μm以上的微粒物质（包括浊度、藻类、孢囊、细菌等）的膜过滤。