关于水处理工艺全膜法与传统离子交换的经济技术比较

Posted 2023-01-12 水质

篇首语：一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了关于水处理工艺全膜法与传统离子交换的经济技术比较相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

通过对水处理工艺中的全膜法与传统离子交换法进行实例对比，以具体数据为依据，新方法、新理论为指向，结合国家当前的节能减排政策，深入浅出的论述了全膜法推广的经济技术支持与现实意义。
1.概述
随着时代的发展，最近今年来水处理工艺有着革命性的变革，主要表现在传统离子交换工艺向膜技术工艺的进步。
下面我们以青海某水处理工程为例，对两种工艺进行技术经济的比较。该工程为金属镁一体化项目热电中心工程建设2×250t/hCFB炉+4×480t/hCFB炉，预留1台480t/hCFB炉土建基础，均为高压高温参数，配套2台CC50-8.83/4.12/1.275高温高压双抽凝汽式汽轮机及3台CB30-8.83高温高压背压式汽轮发电机组，并预留1台CB30-8.83背压式汽轮发电机土建基础。汽轮机排汽采用水冷方式，发电机均采用空冷方式，脱盐水车间水源为地下水，其总含盐量为444.0mg/L～448.4mg/L；总碱度为173mg/L～175mg/L(以CaCO3计)；总硬度为235mg/L～251mg/L(以CaCO3计)；Ca为35mg/L～37mg/L；Mg为35mg/L～40mg/L。
根据业主要求，水处理方案要做到设备一流，技术一流，自控水平超一流设计方案，保证在热电中心建成后5年内保持行业领先水平。本工程脱盐水车间设计规模不仅要给热电中心供二级除盐水，还要给一体化项目的各化工装置供脱盐水及软化水。一体化项目的生产返回水(蒸汽冷凝水)要回到脱盐水车间处理后达标后再作为脱盐水送出。
2.给水处理工艺
2.1处理工艺的选择
对于高压汽包炉，其补给水应为高纯水，设计高纯水制作工艺应根据水源水质、下一级对上一级的出水水质要求、锅炉补给水及化工装置脱盐水对水质的要求等确定经济合理的处理方案，根据这一原则，适合本工程的处理工艺为：
方案一：生水来水→生水箱→生水泵→生水加热器→自清洗网式过滤器→超滤装置→超滤水箱→超滤升压泵→5μ保安过滤器→高压水泵→一级反渗透装置→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→5μ保安过滤器→高压水泵→二级反渗透装置→预脱盐水箱→预脱盐水泵→EDI(电除盐)装置→二级除盐水箱。
方案二：地下水→生水箱→生水泵→生水加热器→自清洗网式过滤器→超滤装置→超滤水箱→超滤升压泵→5μ保安过滤器→高压水泵→反渗透装置→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阳浮床→阴浮床→混合离子交换器→二级除盐水箱。
两种处理方式的主要区别是一级反渗透之后的设备选择。
2.2各级处理设备的特点
2.2.1超滤膜处理
超滤是一个以压力差为推动力的膜分离过程，其操作压力在0.1MPa～0.6MPa。超滤介于纳滤及微滤之间，它截留物质的分子量为1000～200000左右，相应孔径大小约为0.002μm～0.200μm。(本工程投标设计采用荷兰Norit超滤膜，最大膜孔径0.010μm)超滤的工作原理可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水、无机盐及小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子通过，以达到溶液的净化的目的。
2.2.2反渗透技术
反渗透也是一种膜分离技术，反渗透膜是用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。只能通过溶剂，而不能透过溶质的膜称为理想半透膜。反渗透膜能够在外界压力作用下使水溶液中的某些组分选择性透过，从而达到净化、脱盐或淡化的目的。反渗透是对含盐水施以外界推动力克服渗透压而使水分子通过膜的逆向渗透过程，它对水中无机盐类物质去除率达97%以上，对SiO2去除率达99.5%，对胶体物质及大分子有机物等去除率达95%，这就为后续的离子交换除盐处理或EDI装置创造了十分良好的进水条件。还可避免由于有机物分解所形成的有机酸对汽轮机尾部的酸性腐蚀。以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新型的流体分离单元操作技术，几十年来取得了令人瞩目的巨大发展。由于反渗透技术对于水质含盐量的适应性特别强，因此，对于缺水、高含盐量及靠近海边的地方，更显示了反渗透的经济及环境优势。
反渗透技术最近几年在我国的水处理行业取得了飞速的发展，在电力、化工、制药、电子等行业得到了广泛的应用。特别是在电力行业，锅炉补给水、循环水及废水的回收、电厂的零排放等均采用反渗透系统。由于反渗透系统的运行费用低，环境效益好，日益受到了人们的青睐。一级反渗透的出水水质还不能满足锅炉补给水的要求因此目前国内大部分电厂仅把反渗透当作预脱盐，后面仍然采用离子交换技术或EDI技术。
2.2.3离子交换技术
采用离子交换技术除去水中离子态杂质是目前应用最为普遍的方法。通过这种方法可以制得软化水、脱碱软化水、除盐水及超纯水，因此它在水处理领域中得到广泛的应用。
离子交换是用一种称为离子交换剂的物质来进行的。离子交换剂遇到水溶液时，能够从水溶液中吸着某种(类)离子，而把本身所具有的另外一种相同电荷符号的离子等摩尔量地交换到水溶液中去；由于离子交换剂交换容量有限，当交换完毕后，需用带有本身离子的再生剂再生，以恢复其交换功能。
离子交换技术是随着离子交换树脂技术的发展而逐渐发展起来的。至今已有近70年的历史。从一级复床发展到两级，直至采用混床。采用离子交换可制得高质量的纯水。
离子交换系统目前普遍采用逆流再生固定床及逆流再生浮动床两种型式交换器，对于有反渗透预脱盐后面的离子交换，由于进水含盐量很小，因此采用逆流再生浮床可节省投资和减少占地。
2.2.4电去离子除盐(EDI)
EDI是在电渗析技术基础上发展起来的，利用选择性膜和离子交换树脂组成填充床生产高纯水的技术。最常见的EDI设备由一系列模块并联组装而成。每个模块有一定的产水量，一般每小时几吨。由于EDI设备能连续运行，决定模块数量时就不需要考虑备用。最常见的模块为板框式，基本采用原有板框式普通电渗析器式样，再在其淡水室填充离子交换树脂及离子交换膜。EDI作为电除离子技术通常都作为精脱盐用(相当于一级除盐后的混床功能)。
2.2.5各类设备对进水水质的要求
各类设备对进水水质的要求见表1。

2.2.6电除盐对进水的适应能力
由表1可见，EDI对进水水质要求非常严格，如水源采用城市中水或地表水，水质变化幅度较大，或受到人为污染，问题就更加严重。EDI的前处理设备(即使采用二级RO)往往可能使出水达不到EDI进水要求。从而影响EDI出水水质。但是本工程水源为地下水，水质较好，且比较稳定，而且前处理采用二级RO装置，其出水完全满足甚至超过EDI对进水的要求。
3.方案的论述
3.1技术分析
上述两种处理方案，技术均可行、设备落实，出水水质满足锅炉补给水水质要求。两种方案主要优缺点分述如下。
3.1.1方案一
a)出水水质好，出水电导率可达0.1μs/cm(25℃)；
b)系统自动化程度高，维护工作量小；
c)全膜处理无酸碱废水排放，特别有利于环保；
d)占地面积小，约比方案二少占地50%；
e)总投资略高于方案二，约高10%；
f)EDI对进水水质要求高，当水源水质变化幅度大时(例如城市中水)，前面各级处理可能不满足EDI进水要求，从而影响出水水质，但由于本工程水源为地下水，水质好且比较稳定，因此对本工程而言不存在问题。
3.1.2方案二
a)系统对进水水质适应范围广；
b)出水水质可满足电导率≤0.2μs/cm(25℃)要求；
c)总投资而低于方案一；
d)由于采用反渗透预脱盐，可大大延长离子交换器的运行周期；
e)虽比单纯离子交换处理方案减少酸碱废水量，但由于水处理容量特别大，酸碱废水总量仍相当可观，不利于环保；
f)占地面积大，约比方案一多50%。
3.2结语
显然方案一总投资略高于方案二，但其出水水质好，维护工作量很小，无酸碱废水排放，符合环保及可持续发展要求，因此推荐方案一。