1、反滲透在電力行業(yè)中的應(yīng)用

 

       由于電力行業(yè)中電廠鍋爐需用電導(dǎo)率＜0.2μS/cm(電阻率＞5MΩ·cm)，SiO2＜0.002mg/L的補(bǔ)給水，而二級(jí)反滲透出水電導(dǎo)率一般大于1μS/cm，故反滲透在電力行業(yè)一般用于鍋爐補(bǔ)給水的預(yù)脫鹽(一級(jí)脫鹽)處理(見(jiàn)圖1)。

 

反滲透在電力行業(yè)的應(yīng)用工藝

 

      （1）反滲透+電去離子脫鹽系統(tǒng)

 

       反滲透+電去離子(RO+EDI)脫鹽系統(tǒng)是20世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的一種用于水處理的新型脫鹽系統(tǒng)。該脫鹽系統(tǒng)出水電導(dǎo)率一般為0.057～0.067μS/cm(電阻率為15～17.5MΩ·cm)，系統(tǒng)出水水質(zhì)完全滿足電廠鍋爐補(bǔ)給水的要求，是一種環(huán)保型的脫鹽系統(tǒng)。與傳統(tǒng)離子交換相比，具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)、使用方便、無(wú)人值守、不用酸堿、不污染環(huán)境、占地面積小、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

 

　 由于RO+EDI脫鹽系統(tǒng)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，自從1986年EDI技術(shù)工業(yè)化以來(lái)，全世界已安裝近2000套R(shí)O+EDI脫鹽系統(tǒng)，尤其在制藥、半導(dǎo)體、電力和表面沖洗等工業(yè)中得到了很大發(fā)展，同時(shí)在廢水處理、飲料及微生物等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)已有近百套R(shí)O+EDI脫鹽系統(tǒng)裝置在運(yùn)行，個(gè)別電廠也已開(kāi)始試用。在電力行業(yè)，RO+EDI脫鹽系統(tǒng)*發(fā)展前途，隨著EDI設(shè)備的發(fā)展及投資費(fèi)用的降低，該脫鹽系統(tǒng)必將成為電廠鍋爐補(bǔ)給水脫鹽系統(tǒng)的主流。反滲透技術(shù)也將成為其他技術(shù)不可替代的一種預(yù)脫鹽技術(shù)。

 

      （2）反滲透+混合離子交換脫鹽系統(tǒng)

 

        反滲透技術(shù)在反滲透+混合離子交換脫鹽系統(tǒng)中的應(yīng)用，起初是在電廠鍋爐補(bǔ)給水離子交換脫鹽系統(tǒng)改造中引入的。自從1934年發(fā)明離子交換樹(shù)脂以來(lái)，離子交換技術(shù)就被應(yīng)用到純水制備方面，采用離子交換法可制得水質(zhì)接近理論純水的超純水(電導(dǎo)率為0.055μS/cm，電阻率為18.2MΩ·cm)。但離子交換法卻帶來(lái)了樹(shù)脂再生時(shí)產(chǎn)生的廢酸堿造成的環(huán)境污染。反滲透技術(shù)的引入，使得廢酸堿排放量與單用離子交換脫鹽系統(tǒng)相比減少了90%，這是脫鹽技術(shù)的一大進(jìn)步。但近年來(lái)隨著反滲透設(shè)備投資費(fèi)用的降低，特別是1998年以后，國(guó)內(nèi)大批電廠在原有離子交換脫鹽系統(tǒng)改造中引入了反滲透技術(shù)，且有一種盲目跟上的趨勢(shì)。筆者認(rèn)為，反滲透技術(shù)的引入應(yīng)結(jié)合本地區(qū)的水資源狀況，原水水質(zhì)特點(diǎn)并考慮制水成本，方可取得好的效果和收益。

 

        2、引入反滲透技術(shù)應(yīng)考慮的因素

 

      （1）工程投資和制水成本的比較

 

       本文結(jié)合中國(guó)鋁業(yè)公司山東分公司自備電廠原離子交換脫鹽系統(tǒng)引入反滲透技術(shù)的工程投資和制水成本的變化來(lái)說(shuō)明這一問(wèn)題。

 

      （2）工程投資(設(shè)備及安裝工程費(fèi))的比較

 

        對(duì)同規(guī)模反滲透+混合離子交換脫鹽系統(tǒng)與離子交換脫鹽系統(tǒng)(復(fù)床)建筑工程費(fèi)基本相當(dāng)，僅設(shè)備費(fèi)及安裝工程費(fèi)相差較大，根據(jù)本實(shí)例工程投資(靜態(tài)投資)分析，反滲透+混合離子交換脫鹽系統(tǒng)設(shè)備及安裝工程費(fèi)每m3水投資不低于4.33萬(wàn)元人民幣，離子交換脫鹽系統(tǒng)(復(fù)床)設(shè)備及安裝工程費(fèi)每m3水投資不高于2.56萬(wàn)元人民幣。對(duì)于產(chǎn)水量為200m3/h脫鹽系統(tǒng)，反滲透+混合離子交換脫鹽系統(tǒng)工程投資不小于986萬(wàn)元人民幣，而離子交換脫鹽系統(tǒng)(復(fù)床)工程投資一般在630萬(wàn)元人民幣左右。

 

      （3）制水成本的比較

 

        對(duì)同一種原水，離子交換脫鹽系統(tǒng)與反滲透+混合離子交換脫鹽系統(tǒng)的制水成本是不同的。該公司自備電廠原離子交換脫鹽系統(tǒng)為復(fù)床(強(qiáng)酸氫型陽(yáng)離子交換器+強(qiáng)堿氫氧型陰離子交換器)+混合離子交換器，產(chǎn)水能力為200m3/h，系統(tǒng)進(jìn)水含鹽量為630mg/L。2001年10月引入反滲透技術(shù)，形成反滲透+混合離子交換脫鹽系統(tǒng)?，F(xiàn)將系統(tǒng)改造前后相關(guān)運(yùn)行情況及制水成本分別列于表1，表2，表3(表中物料的價(jià)格以32%的HCl530元/t，31%的燒堿530元/t，電費(fèi)0.44元/(kW·h)，原水3元/m3，阻垢劑8萬(wàn)元/t計(jì))。

 

耗電量（萬(wàn)Kw·h/a）

耗電費(fèi)(萬(wàn)元/a)

耗酸量(萬(wàn)t/a)

耗酸費(fèi)(萬(wàn)元/a)

57.78

25.42

1658

87.9

耗堿量(萬(wàn)t/a)

耗堿費(fèi)(萬(wàn)元/a)

耗原水量（萬(wàn)m3/a）

耗原水費(fèi)(萬(wàn)元/a)

1802

95.5

194.5

583.4

注：再生周期18.1h,產(chǎn)水量175.2萬(wàn)m3/a

表一：原離子交換脫鹽系統(tǒng)相關(guān)情況

耗電量（萬(wàn)Kw·h/a）

耗電費(fèi)(萬(wàn)元/a)

耗酸量(萬(wàn)t/a)

耗酸費(fèi)(萬(wàn)元/a)

耗堿量(萬(wàn)t/a)

耗堿費(fèi)(萬(wàn)元/a)

26.3

11.58

83

4.4

90

4.8

注：再生周期362.h，產(chǎn)水量175.2m3/a。

表二：改造后混合離子交換部分相關(guān)情況

耗電量（萬(wàn)Kw·h/a）

耗電費(fèi)(萬(wàn)元/a)

耗阻垢劑量（萬(wàn)t/a）

耗阻垢劑費(fèi)（萬(wàn)元/a ）

耗原水量（萬(wàn)m3/a）

耗原水費(fèi)(萬(wàn)元/a)

319

140

11.65

93

233

699

表三：改造后反滲透部分相關(guān)情況 

        從表中可以看出，系統(tǒng)改造后對(duì)于離子交換部分可以大大提高樹(shù)脂的再生周期，降低了酸、堿耗量。但經(jīng)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)改造后每年各項(xiàng)費(fèi)用增加160.56萬(wàn)元，制水成本增加0.92元/m3。比原系統(tǒng)的運(yùn)行成本增加了約20%，分析原因主要有以下幾個(gè)方面。

 

       ①反滲透系統(tǒng)能耗較高。原水需用高壓泵升壓后送入反滲透裝置，能耗較高。目前，國(guó)內(nèi)用于非高含鹽量水的反滲透脫鹽系統(tǒng)其電耗不低于1.6kW·h/m3，而國(guó)內(nèi)已有的海水反滲透淡化系統(tǒng)電耗為5～6kW·h/m3。且國(guó)內(nèi)用于非高含鹽量水的反滲透脫鹽系統(tǒng)一般沒(méi)有采取濃水能量回收措施(能量透平裝置或壓力轉(zhuǎn)換器)，造成能量極大浪費(fèi)。

 

       ②阻垢劑費(fèi)用較高。反滲透裝置濃水含鹽量一般為原水含鹽量的4倍，為防止?jié)馑顺霈F(xiàn)諸如CaCO3，CaSO4濃度積大于其平衡溶解度指數(shù)時(shí)結(jié)晶析出而損壞膜元件，一般均在反滲透裝置之前設(shè)置了阻垢劑投加裝置。現(xiàn)國(guó)內(nèi)常用的KingLee,Flocon,Argo等公司的阻垢劑均為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格為8萬(wàn)元/t左右。

 

       ③水利用率較低。反滲透裝置的水利用率一般為75%，同時(shí)其對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較高(SDI≤5)，致使原水預(yù)處理難度加大，這進(jìn)一步降低了整套脫鹽系統(tǒng)的水利用率，增加了原水耗量。

 

       ④清洗維修費(fèi)用較大。保安過(guò)濾器濾芯在正常工作情況下，可維持3～4個(gè)月的使用壽命，需定期更換。反滲透膜組件受污染時(shí)，需進(jìn)行化學(xué)清洗。

 

     （4）結(jié)合原水水質(zhì)的特點(diǎn)選擇

 

        在電廠鍋爐補(bǔ)給水脫鹽系統(tǒng)中，是否在離子交換脫鹽系統(tǒng)前引入反滲透預(yù)脫鹽，應(yīng)結(jié)合本地區(qū)的水資源狀況及原水水質(zhì)特點(diǎn)來(lái)決定。

 

        ①當(dāng)原水含鹽量不大于1000mg/L時(shí)，采用復(fù)床+混合離子交換脫鹽是比較經(jīng)濟(jì)合理的。對(duì)于這種水，樹(shù)脂再生周期一般不小于10h，再生操作勞動(dòng)強(qiáng)度及再生頻率也是可以接受的。若采用自動(dòng)控制，離子交換脫鹽將是一種*佳的選擇。如果引入反滲透預(yù)脫鹽，必將使后續(xù)離子交換脫鹽系統(tǒng)再生周期極長(zhǎng)，使其接近零負(fù)荷運(yùn)行，造成投資加大，制水成本偏高。

 

       ②如原水含鹽量為1000～4000mg/L，預(yù)脫鹽是否采用反滲透法需與電滲析法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較確定。

 

       ③如原水含鹽量大于4000mg/L且水質(zhì)滿足反滲透進(jìn)水水質(zhì)要求時(shí)，引入反滲透預(yù)脫鹽是一種經(jīng)濟(jì)合理的方案。

 

       3、結(jié)語(yǔ)

 

  　反滲透是一種*的脫鹽技術(shù)，它具有脫鹽率高、自控程度強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在海水淡化、苦咸水脫鹽、純水制備等方面得到了廣泛的應(yīng)用。其與EDI配合，組成反滲透+電去離子脫鹽系統(tǒng)，在電力行業(yè)將有廣闊的發(fā)展前景。但由于其運(yùn)行費(fèi)用較高，在電廠鍋爐補(bǔ)給水中反滲透+混合離子交換脫鹽系統(tǒng)的應(yīng)用應(yīng)結(jié)合原水水質(zhì)的情況并考慮制水成本來(lái)選擇，否則盲目選用勢(shì)必造成經(jīng)濟(jì)損失。