电厂化学水处理中反渗透膜技术的应用

王 健，王 飞

（华电电力科学研究院有限公司东北分公司，辽宁沈阳 110168）

近几年，我国电力行业迅速发展，关于电厂化学水处理的技术再次引起重视。在诸多行业从业者的努力下，电厂化学水处理技术水平不断提高，各种新型电厂化学水处理技术不断涌现，为电厂化学水处理提供了充足技术支持，反渗透膜技术是其中应用较为广泛的技术。因此，探究电厂化学水处理中反渗透膜技术的应用具有非常突出的现实意义。

1 电厂化学水处理标准

由《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（GB/T 12145—2016）可知，电厂用水电导率需大于等于20MΩ·cm，硬度为0，二氧化硅含量小于等于20μg/L，pH（25℃）在8.5~9.2。电厂化学水内含有悬浮物（粒径大于等于100nm）、胶体物质（直径1~100nm）、溶解离子（钠离子、钙离子、钾离子、氯离子、硫酸根离子、镁离子等）、溶解气体（二氧化碳、氧气）等物质。电厂化学水运行标准如表1所示。

如表1所示，在原水pH较低的情况下，水对电厂钢材具有腐蚀性，而在pH极高时，水中游离氢氧化钠会引起碱性腐蚀、硅酸溶解问题，电厂化学水只有在pH适宜的情况下才可生成易排除水渣（磷酸根、钙离子生成物）。同时电厂电化学水的总含盐量、电导率均与电厂汽包内部装置、汽水品质参数、锅炉运行工况有较大关系，并需维持一定量磷酸根、氯离子，避免磷酸根过少干扰结垢，磷酸根、氯离子过高产生溶盐隐藏，氯离子腐蚀汽轮机高级合金钢[1]。

表1 电厂化学水运行标准

2 电厂化学水处理中反渗透膜技术的应用流程

2.1 预处理

2.1.1 电化学预处理

在反渗透处理前，需要预先去除电厂化学水中胶体、悬浮物、有机物、色度、浊度等易污染反渗透膜的装置。因原电厂化学水中有机类物质、硫离子含量较高，可以利用电化学预处理工艺[2]，氧化降解电厂化学水中多数为有机物、硫离子类。电化学预处理是依据浅层沉淀理论，额外设置2层斜管，2层斜管之间下部大颗粒絮状体加速接触，流经上层斜管时部分回流到絮凝反应池，部分进入污泥区，配合斜管清水区波形多孔集水板收集净水，向各个配水箱均等分配，出水进入滤池过滤微量悬浮物。预处理装置额定功率为3kW，输入电压与输出电压为380V、0~12V，输出电流为0~500A，处理量为4.5m3/h。装置所用药剂为PAM（聚丙烯酰胺絮凝剂）与PAC（聚合氯化铝絮凝剂）复合絮凝剂，聚丙烯酰胺絮凝剂用量为10mg/L，聚合氯化铝絮凝剂用量为15g/L，将两者稀释为pH=7.0溶液后，依据60r/min的速度絮凝搅拌0.5h，沉淀0.5h[3]。需要注意的是，溶解水时，需要将复合絮凝剂均匀撒到搅拌的水体内，适当增加温度到60℃以上，现配现用，避免长时间放置。在沉淀氧化硫单质与LAS（直链烷基苯磺酸钠）、CODcr（重铬酸钾作为氧化剂测定的化学耗氧量）杂质后，经石英砂过滤器去除多数颗粒状不溶物、水溶性有机物、胶体、细菌。

2.1.2 超滤预处理

超滤预处理是在电化学预处理的基础上，利用单膜面积为40m2、截流分子质量为100 000μm、膜通量为2m3/h的外压式聚丙烯中空纤维超滤膜，确保出水浊度小于0.2NTU。超滤预处理进水压力恒定为0.1MPa，每间隔0.5h利用产水量的2倍清洗液进行1次反冲洗。

2.2 反渗透

2.2.1 一级反渗透

在电厂化学水处理中，一级反渗透膜技术装置包括4支反渗透膜（陶氏FILMTEC BW30-365型）与2支反渗透膜（聚酰胺膜），反渗透膜串联排列。反渗透膜设计通量低于规定最大通量（4m3/h），单只元件产水量变化大于等于标准值的7%。反渗透装置上设置取样阀，便于取出水质分析样品[4]。同时装置配备1台X015-XP计量泵与1台250L药桶，流量为0.48~1.60L/h；反渗透膜泵进口设置阻垢剂加药系统，降低反渗透膜表面结垢风险，促使反渗透膜产水通量提升。

在反渗透膜处理装置进水前，需加入氧化剂，利用氧化剂的还原性，消除微生物氧化、悬浮杂质对反渗透膜的破坏作用。一级反渗透膜系统运行过程中，注入的碱剂为氢氧化钠，包括20%液碱、50%液碱或100%片碱等[5]。在注入碱剂的基础上，加入专业阻垢剂（复配络合物、具表面活性功能单体、分散剂、树枝状聚合物）。根据专业阻垢剂说明书要求合理添加，配合加酸使用，规避矿物质结垢问题。如99%LX-106广谱反渗透阻垢剂，每次使用100×10-6，配置1%~1.1%水溶液，在保安过滤器前投加，避免反渗透膜结垢。

2.2.2 二级反渗透

二级反渗透装置包括填充床电渗析除盐器（阴阳离子交换膜），膜为成膜性高分子材料，粒度大于等于200目、小于400目，流量为3.0m3/h，工作压力为0.2~0.7MPa，工作温度为5~45℃。同时配置500V/6A高频开关电源以及SUS304不锈钢支架。

在二级反渗透装置运行过程中，加入100%片碱或50%液碱，提高pH，增加直链烷基苯磺酸钠的溶解度。特别是在pH超过8.2且二氧化碳全部转化为碳酸根离子的情况下，碳酸根离子可被反渗透脱除，将游离氯含量控制在0.05×10-6以下，避免二氧化碳随透过液进入反渗透膜干扰下游离子交换过程，提高二氧化硅、硼脱除率。同时根据聚酰胺复合膜运行要求，加入亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等还原剂（或粒状活性炭），去除反渗透装置内游离氯。新安装滤料充分淋洗至碳粉被完全去除，除去易污染反渗透膜的有机物。在加入还原剂时，需要将固体偏硫酸氢钠溶解在水体内，配制成2%溶液，在3d~7d以下使用完毕。进而从膜元件上游注入，注入量为1.8×10-6亚硫酸氢钠，1.0×10-6氯，反应29s，静态搅拌。

2.3 反渗透膜清洗

反渗透装置进水口、出水口均设置有接口、阀门，可与清洗液相连接，清洗液为制造厂商推荐的药剂，清洗液pH在2~11，清洗温度在30~40℃，一般对于无机盐垢，可以选择pH为2的0.2%盐酸溶液（或浸泡过夜2%柠檬酸、1%硫酸钠、0.5%磷酸），在38℃及以下环境清洗；对于硅垢、微生物，利用pH为11的0.1%氢氧化钠与0.025%十二烷基苯磺酸钠混合物（或0.1%氢氧化钠与1%乙二胺四乙酸四钠混合物），在30℃及以下环境清洗；对于金属氧化物，可以选择1%硫酸钠（或浸泡过夜2%柠檬酸、0.5%磷酸），在35℃及以下环境清洗；对于淤泥等无机胶体，利用pH为11的0.1%氢氧化钠与0.025%十二烷基苯磺酸钠混合物，在30℃及以下环境清洗；对于硫酸钙、硫酸钡等不溶于酸的杂质，可以选择pH为11的0.1%氢氧化钠与1%乙二胺四乙酸四钠混合物（或1%六聚偏磷酸钠盐），在30℃及以下环境内清洗；对于有机物，利用pH为11的0.1%氢氧化钠与0.025%十二烷基苯磺酸钠混合物，在30℃以下环境清洗。进而利用0.2%盐酸溶液进行清洗。上述清洗液均采用去离子水（或反渗透产水）配制，均匀混合，并事先调节至所需温度与pH值，一般每根4mm×40mm反渗透膜元件需要配值10.01L。

确定清洗液后，寻找关键清洗开关阀门，避免开关错误引发反渗透膜背压破坏现象。一般需要先找出浓水主管、产水主管。根据产水主管确定产水回流管、产水排水管，根据浓水主管确定浓水回流管、浓水排水管。打开产水主管回流管、浓水排水管，关闭产水排水管与浓水回流管。

确定清洗主管后，在30℃及以下环境，逐一开启清水泵出口阀与清洗泵，调节清洗泵回流阀对应压力表压力小于等于0.4MPa。直接在1.0~1.6MPa的压力下，将清洗液输送到进出管，完成硫酸钙垢、硫酸钡、硫酸锶、水合金属氧化污垢（铜、铁、锰、镍等）、硅垢、无机胶体沉积物、有机胶体沉积物（自然/人为）、生物滋长真菌、生物滋长细菌或霉菌的清洗。部分情况下，需要进行反向清洗，即关闭产水主管与浓水排水管，开启产水回流管与浓水回流管、回流总管，反向循环45min（低流量5min→中流量10min→大流量30min），反向进水入口位置最大压力为0.4MPa，减少已松脱污染物被冲回膜表面概率，单只膜元件压降0.06~0.10MPa，规避膜卷突出问题，顺利将已被污染化学清洗剂排入下水，便于清洗箱内循环溶液为洁净的化学清洗溶液。低流量循环状态下，每根反渗透膜压力容器流量为11.4L/min；中流量循环状态下，每根反渗透膜压力容器流量为22.7L/min；首次大流量循环状态下，每根反渗透膜压力容器流量为30.3L/min~37.9L/min，冲净反渗透膜组件内剩余污水、给水通道污染物以及水箱、保安过滤器、管道内杂质。对于部分污染较为严重的反渗透膜，浸泡过夜，提高污染物去除效果[9]。清洗成功标志是系统脱盐率下降水平达到10%~15%（或标准化通量下降10%~15%、操作压力升高10%~15%、段间压升高10%~15%）。

3 电厂化学水处理中反渗透膜技术的应用效果

在反渗透膜技术装置安装运行期间，分别在9：00、16：00取样，记录1个月内设备运行情况。根据运行数据分析电厂化学水水质，得出结果如表2所示。

由表2可知，反渗透膜技术可以有效去除多数溶解性盐成分，处理效果佳。反渗透膜技术装置运行到第5天，出水中钙离子浓度小于2.0μg/L，钠离子浓度小于等于3.0μg/L，二氧化硅含量少于5μg/L，满足水质需求。但钙离子、钠离子、二氧化硅具有难溶解、易结垢的特点，极易污染反渗透膜。因此，在反渗透膜技术装置运行到第10d，出水中钙离子浓度、钠离子浓度小幅度上升。此时，为延长反渗透膜使用年限，应设定反渗透膜技术装置每运行2h大流量冲洗120s。从出水电导率检测结果可知，反渗透膜技术装置运行5d后，产水电阻率大于等于17.2MΩ·cm，CODcr小于等于5.0mg/L，浊度在0.1~0.2NTU，表明电厂化学水处理纯净度较高，水质不稳定波动较小。

表2 电厂化学水处理结果（局部）

4 结束语

作为一种精密的膜法液体分离技术，反渗透膜在电厂化学水处理中应用优势较为突出。因此，应先利用电化学氧化法降解原水中的有机物类、硫离子等杂质，协助去除原水中杂质后进行反渗透膜处理，确保电厂化学水处理的纯净度。