反渗透EDI在我厂三期锅炉补给水除盐系统中的应用及分析金英强

反渗透+EDI在我厂三期锅炉补给水除盐系统中的应用及分析金英强,张德修,吴祥杰,杨中奎,仲崇强(山东黄岛电力集团公司,山东青岛266500)摘要:介绍反渗透+EDI除盐设备在黄岛发电厂锅炉补给水中的应用,以及反渗透+EDI在电力行业的推广应用分析。关键词:反渗透;RO;EDI;膜;膜堆棍述反渗透+EDI水处理技术是当今世界先进的水处理脱盐技术,最近已经被越来越多需求高质量纯水的电厂和终端用户所接受。其应用领域越来越广泛,它既可以用于电厂锅炉补给水和饮用水、设备电子级超纯水,也可用于物质回收与浓缩的分离过程等领域。反渗透+EDI水处理技术成功应用,在很大方面是由于它操作简单和运行经济。EDI可以连续除去水中的离子,并获得高质量的除盐水。它可以除去包括弱电解质在内的离子可达99%以上。该技术广泛应用于电子、医药、电力、化工等行业。反渗透+EDI除盐装置应用前景广阔,,有它独特的优势和特点。历史上,制取超纯水总是要依赖于离子交换技术。这些系统有阳床+阴床+混床组成。在这个系统生产超纯水的同时,它需要大量再生。经过二十多年的实践,反渗透己经在水处理工业上的厂家所接受,用来代替阳床和阴床。现在用EDI系统代替混床,与oR一起,反渗透+EDI水处理设备将提供一个连续运行的、无化学处理的系统。这一项先进技术极大的延长了传统混床离子交换的再生周期,告别了排放酸碱的历史。又进一步提高了整个水处理工艺的运行和自动化水平。我厂三期扩建工程2x660MW机组锅炉补给水过滤除盐系统,由西北设计院设计,设备由上海凯能供货。主要制水设备有4台反渗透和4台EDI,设备布置在锅炉补给水过滤除盐间内。三期锅炉补给水处理系统采用上海凯能反渗透与EDI设备制水替代混床设备,通过试运行后取得了理想效果。1反渗透+EDI基本原理1.1反渗透的原理:渗透现象早在1748年有法国AbbleNollet所发现,直到加世纪50年代科学家才开始利用反渗透或超滤作为溶液中溶质和溶剂的有效分离方法,并使其作为一种实验室技术。渗透是水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程。当半透膜隔开溶液与纯容剂时,加在原溶液上使其恰好能阻止纯溶剂进入溶液的额外压力称为渗透压,通常溶液愈浓,溶液的渗透压愈大。如果加在溶液上的压力超过渗透压,则反而使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动,称之为反渗透。因此,可以利用反渗透从盐水中获得淡水。其原理简图如下:淡水2.2DEI基本原理:膜块(膜堆)是EDI工作的核心。EDI膜堆主要有两个电性相反的电极和多个膜块单元对组成。一个膜单元对由一个填满阳离子和阴离子交换树脂的淡水室、一个阳膜、一个阴膜、一个浓水室组成。EDI膜堆包含多个膜单元对。在每个膜堆的内部有两个带有600V电压的电极,这是通过每个膜堆必需的电压。正极带正电压,负极带负电压。EDI水处理过程是由电渗析和离子交换两个过程的叠加,即电场作用下离子的选择性定向迁移过程与化学位差作用下的离子交换过程相结合。当水流经淡水室时,水中杂质离子通过扩散进入树脂层,并与树脂上可交换离子进行交换;然后交换到树脂上的杂质阳离子和阴离子,在电场的作用下通过有彼此紧密接触的树脂颗粒构成“离子通道,分别迁移到阳膜和阴膜的表面。并分别透过阳膜和阴膜进入与淡水室相邻的两个浓水室,从而达到去除水中的离子目的。随着电流密度的增大,电场作用的加强,在阳膜和阴膜的淡水侧表面及阴、阳树或脂阴、阳极侧表面的滞留层中,阴、阳离子浓度逐渐降低。水在直流电能的作用下可分解成H+和OH一,是使淡水室中的离子交换树脂经常处于再生状态,从而浓水不断被排除。淡水室就会产生纯水。因此DEI在通电状态下可以不断制出水来。并且每个制水膜块单元串联起来,并入两端的电极,组成一个完整的EDI设备。图EDI设备工作原理简图1一阴离子交换膜;2一阳离子交换膜;3一阴离子交换树脂;4一阳离子交换树脂;冬一浓水室;6we淡水室3反渗透+EDI水处理设备在我厂的应用:3.1锅炉补给水过滤除盐系统包括了三个阶段的净化过程。第一阶段属预处理阶段:为了保证反渗透(oR)装置进水水质,必须针对不同水源,将各种水处理单元有机结合起来,形成一个技术上可行经济上合算的预处理系统。控制反渗透装置进水固体颗粒含量的指标是浊度,一般卷式组件要求进水浊度INUT最好达到.02NTU。SDI4。在预处理系统中应考虑不要让大于suln的颗粒进入高压泵和反渗透装置中,以免划伤高压泵叶片,防止这些颗粒经高压泵加速后击穿膜元件。为保证进水浊度和SDI的要求,常在预处理系统中设置多层过滤器。我厂的预处理工艺如下:还原剂阻垢剂原水箱峥生水泵峥55uln叠片式过滤器峥加药系统峥、z管道混合器峥sum保安过滤器第二阶段属RO系统,生水中加入还原剂N司HS伍以防止余氯氧化腐蚀oR膜,再加入阻垢剂(加药量为SPPm)以防止CaC伪.CaS认等在oR膜上结垢。再经sum保安过滤器后由高压泵打入OR。OR膜组分为1级3段:(9:52的排列组合),膜组采用三段串联排列。Ro产水量为:x490二360m3爪。工艺流程如下:清洗系统(清洗水箱分清洗泵峥suln过滤器)高压泵一oR系,。反渗透,。oR,箱RO膜组分为1级3段式排列图如下:第三阶段属电去离子系统。oR水箱出水经淡水泵进入EDI,另一部分水返回到oR反冲洗和加药系统。在EDI中,90%到95%的水流过淡水室,水流并行的通过多个膜堆,每个膜堆都并联很多个淡水室,水流一次性的通过淡水室,流出来的就是高纯水。另外的5%一10%被送到浓水室,其中3%一8%流出的浓水到浓水箱再经浓水泵反回到生水箱。DEI装置产水量为:4x8=0320m3小工艺流程如下:RO反冲洗系统劝`箱一题一DI系统峥除盐水箱\、加药箱浓水箱一浓水泵峥生水箱EDI设备流程简图:3.2除盐水处理工艺流程简述如下:海水淡化装置出水分原水箱峥生水泵峥叠片式过滤器(55妇峥加药系统一sum保安过滤器分高压泵峥RO系统(反渗透)分RO水箱斗RO水泵峥EDI系统峥除盐水箱3.3锅炉补给水系统生水现状:3.3.1海水反渗透来水(原水)水质分析如下表:项项目目含量量项目目含量量电电导率率317usc/mmm二氧化硅硅10mg八八FFFe斗斗0.30mg几几总硬度度0.16mmol几几PPPHHH7.98888888.34我厂#5、#6机组锅炉补给水质要求:电导率:必.15“s儿m(25℃),二氧化硅:`10林gl/总硬度(CacO3计,m幼):检测不出。4原来I期n期锅炉补给水采用混床制水工艺存在的问题:4.1原水处理工艺:海水反渗透来水、生水箱*预处理一阴阳离子交换树脂*混床除盐水设备*除盐水箱。由于混床制水混床中的树脂总要有一个逐步失效的周期过程,所以它的电导率总是一个逐步变化的曲线,水质是有合格逐步变到失效。用海水反渗透来水,周期出水量在3000一000吨。而且水质在一定范围内波动,另一方面因为采用酸碱再生,增加材料和运输费用,同时也不可避免的增加了酸碱液的排放,污染了环境。而且混床设备占地多,从而增加了基建厂房的成本。.42改进制水工艺措施:(l)海水反渗透来水*活性炭一砂滤或微孔过滤器*电渗析系统。活性碳任务是除去水中的残余氯和有机物。砂滤或微孔过滤器的作用是防止活性碳碎粒进入电渗析器中。电渗析系统是在直流电场的作用下,利用离子交换膜的透过性,把带电组与非带电组分离开从而达到除盐的作用。(2)海水反渗透来水一曝气一加石灰一混凝*沉淀*活性碳一微孔过滤器一电渗析系统。通过曝气、加石灰加活性碳可以出除去水中的碳酸盐、铁和HZS等成份。(3)海水反渗透来水*砂滤或微孔过滤器*OR*混床水处理系统。映)海水反渗透来水*砂滤或微孔过滤器、RO、电渗析系统。(5)海水反渗透来水*砂滤或微孔过滤器*oR*EDI水处理系统。6()探索应用其它制水_L艺从而提高制水质量和效率,降低制水成本。5我们根据现在试运行反渗透+EDI设备,了解了以下几个问题。5.1反渗透系统是本流程中最主要的脱盐装置,它具有极高脱盐能力。反渗透膜组是整个脱盐系统的执行机构。它主要负责脱除水中的可溶性盐份、胶体、有机物及微生物,使出水达到要求。反渗透装置的膜组件采用世界上先进TFC复合膜。系统设置四套反渗透膜组,每套的止常出力为90m3爪r,反渗透回收率设计七%%,系统脱盐率为一年内全98%,三年内全97%。反渗透膜组采用二段串联排列,膜排列型式:1级3段(9:5:2的排列组合),设备共有64支膜套(6芯装),每台设备模芯数量%只。RO膜数量共384根。第一段由9根安装6芯1米长膜元件的压力容器组成,第二段由5根安装6芯1米长膜元件的压力容器组成,第三段由2根安装6芯l米长膜元件的压力容器组成。第一段的浓水直接进入第二段作为第二段的进水,而第二段的浓水则直接进入第段级作为第三段的进水。装置设置为4个系列单元,每列都能单独运行,也可同时运行。反渗透除盐设备属于连续运行设备,不存在运行周期的问题,系统出水电导率达到:少.巧usc/。m,二氧化硅:夕o协留l,而且水用电再生与制水同步进行,出水量可达90%以上。不使用酸碱再生,也避免了这部分的费用和污染物的排放5.2反渗透膜对正离子的脱盐率的影响:正正离子子脱盐率%%%正离子子脱盐率%%%钠钠钠95一9777钙钙96一9777镁镁镁96一9777铁铁97一9888钾钾钾95一9777锰锰97一9888铝铝铝9999氨氨88一9777铜铜铜97一9888镍镍97一9888锌锌锌97一9888铭铭96一9777锡锡锡96一9777银银94一9777汞汞汞96一9777硬度C矛&MgZZZ96一97775.3反渗透系统水处理工艺有以下特点:(l)反渗透(oR)是在室温条件下,采用无相变的物理方法使水得以淡化,纯化。(2)水的处理仅依靠水的压力作为推动力,其能耗在许多处理方法中最低。(3)不需大量的化学药剂和酸、碱再生处理。(4)无化学废液及废酸、碱排放,无废酸、碱的中和处理过程,无环境污染。(5)系统简单、操作方便、产品水质稳定,采用二级反渗透可取得高质量的纯水。适用于较大范围的原水水质,既适用于苦咸水、海水及污水的处理,又适用于低含盐量的淡水处理。(6)设备占地面积小、需要的空间小、节约基建投资。(7)设备运行稳定、可靠,运行维护和设备维修工作量极少5.4反渗透、EDI设备运行自动化控制程度高,装置采用程序控制,自动监控,其监控功能由锅炉补给水程控系统完成。设备运行可靠,只需在主控室操作就完成了,不需要人工在现场操作。这样一来大大降低了运行人员的工作量。并且设备维修简单,设备运转周期长等特点。5.5我厂EDI系统选用美国oIN’PURE公司的LMX3OX模块,这种膜堆结构既紧凑又坚固,它采用强度高的隔板材料;隔板和膜之间用0形环密封,保证无泄漏;浓水室填充导电树脂,无需浓水循环系统,无需加盐,无极水排放。EDI设备共有四套,每套20块模块,设备可以满足日益增长的对高纯水的需求。EDI装置设置为4个系列,每系列都能单独运行,也可同时运行。EDI工艺系统代替传统的混床来制造去离子水。与混床不同的是,EDI在进行树脂再生时并不需要关闭系统。正因为如此,EOI最大限度地减少了水的质量不稳定因素,同时简化了操作和基建成本。EDI设备可以连续运行或者间歇运行。5.6EDI水处理工艺有以下特点:(1)EDI不需要化学试剂用于再生,EDI再生时不需要关闭设备。可以连续运行制水,不需要备用设备,自动化程度高,可无人值守。(2)LMX30XEDI膜堆体积小,采用了先进的设计工艺,因而便于安装、维修和保养。从而可以满足不同用水量的要求。(3)EDI装置可在极高的极限电流密度下工作,并且脱盐彻底。制出的水接近纯水的理论电阻率。产出的水质量保持一致。并进一步去除RO产水中的离子,降低oR水的电导率,提高水质。出水电导率达到:.0092usc/om,二氧化硅:62mg八。(4)所需能源少,资金的使用经济一节约了运行费用。(5)设备出水量大,日产除盐水7680吨。出水比可达95%以上,并且浓水可以回收利用,不浪费生水可以连