反渗透技术 在电厂锅炉水处理中的工程应用

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第37卷第3期水处理技术Vol.37No.31262011年3月TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTMar.,2011反渗透技术在电厂锅炉水处理中的工程应用尹晓峰1，金玉涛2，王少波1（1.中国船舶重工集团公司第718研究所，河北邯郸056027;2.邯郸钢铁集团邯宝公司能源中心，河北邯郸056003）摘要：介绍了反渗透技术在某发电厂蒸汽锅炉给水/补给水处理系统中的应用情况。工程采用多介质过滤器+反渗透+混床的组合工艺对原水进行脱盐处理，介绍了工艺流程、运行情况，并对运行数据进行分析，对工程存在的问题进行分析解决。关键词：锅炉给水/补给水；多介质过滤器；反渗透；混床.中图分类号：TQ028.8文献标识码：B文章编号：1000-3770(2011)03-0126-003河北省某钢铁公司高炉煤气发电工程，是河北系统的产水符合锅炉用水要求。"#$%&$省2008年重点节能工程，其蒸汽锅炉的给水/补给)


水处理系统，以当地的地下水为水源，采用多介质过
'(滤器＋反渗透＋混床工艺为锅炉提供30m3·h-1的给!图1工艺流程水/补给水，其中多介质过滤器的设计产水量40Fig.1Flowchartofwatertreatmentprocessm3·h-1，反渗透装置的设计产水量30m3·h-1，混床的2主要构筑物及设计参数设计产水量30m3·h-1。锅炉原水水质为：ρ(K+)=2.87mg·L-1，ρ(Na+)=56.92.1多介质过滤器mg·L-1，ρ(Ca2+)=95.95mg·L-1，ρ(Mg2+)=27.22mg·L-1，主要去除原水中悬浮物和胶体等颗粒性杂质，-1，ρ(Al3+)=0.03mg·L-1，ρ(Mn2+)=0.06经过石英砂及无烟煤的过滤而除去水中大部分悬浮ρ(总Fe)=0.05mg·Lmg·L-1，ρ(Cu2+)=＜0.01mg·L-1，ρ(Zn2+)=＜0.01mg·L-1，物和胶体状物，降低浊度，保证出水SDI≤3，满足反2+)=0.07mg·L-1，ρ(SiO)=3.46mg·L-1，肉眼可见渗透进水要求。ρ(Ba2物无，ρ(TDS)=593mg·L-1，电导率=806μS·cm-1（20℃），2.2加混凝剂装置pH=7.42，ρ(Cl-)=52.4mg·L-1，ρ(SO2-)=165.5mg·L-1。混凝剂选用聚合氯化铝（PAC），具有混凝性能4给水处理系统的产水水质指标不低于工业锅炉好、生成矾花大、投药量少、效率高、沉降快等优点，水质（GBl576－2001）[1]中的水质标准，运行期间的检对水中的悬浮物及颗粒性物质具有很强的聚集、吸测项目要求：电导率≤0.2μS·cm-1（25℃），ρ(SiO)≤附作用。220μg·L-1，ρ(硬度)≈0mg·L-1。2.3加阻垢剂系统反渗透脱盐装置是在压力的驱动下，通过反渗透1工艺流程[2-3]膜的选择透过性实现溶解性盐分与纯水的分离。为工艺流程如图1所示。本系统设计采用反渗透了防止浓水端特别是反渗透压力容器中最后一根膜处理工艺，以反渗透装置作为原水脱盐的核心部分，元件的浓水侧的CaCO3、CaSO4等的浓度积大于其采用加药（混凝剂）+多介质过滤器过滤装置等作为平衡溶解指数而沉淀析出，损坏膜元件的应用特性，反渗透的预处理，使进水可满足反渗透系统的进水因此原水在进入反渗透装置之前，需设置阻垢剂投要求从而保证系统的正常运行；采用混合离子交换加装置，它主要的作用是延缓水中易结垢物质的结器（混床）作为后处理进行深度脱盐处理，保证整个垢时间，避免在反渗透膜浓水侧出现结垢现象[4]。收稿日期：2010-04-20作者简介：尹晓峰（1984－），男，助理工程师，研究方向为污水处理技术及设备；联系电话：0310-7189784；E-mail：yinxiaofeng222@126.com 尹晓峰等，反渗透技术在电厂锅炉水处理中的工程应用1272.4保安过滤器胀高度≈50%，运行压差≤0.10MPa。保安过滤器又叫精滤器，其设置的主要目的是多介质过滤器调试前用原水进行试冲洗以去除截留反渗透进水中可能存在的颗粒、胶体、悬浮物，滤料中的杂质，经连续5h的冲洗，出水表观澄清，以防止大颗粒物质进入高压泵和反渗透膜组件，造即开始调试。10h的不间断冲洗、取样检测进出水浊成机械损坏。度（每小时取样一次），处理水质如下图2所示。2.5反渗透装置4.0反渗透膜采用世界上最先进的芳香族聚酰胺螺3.53.0旋卷式复合膜，单支膜理论脱盐率≥99.5%，反渗透UT2.5
装置为一级二段，有效处理水量为30m·3h-1。在本项/N2.0
目中，综合考虑设备的节能、运行压力、膜的透过率、
1.51.0设备的脱盐率以及出水含盐量等因素，采用美国陶0.50.0氏公司的BW30-400/CPA3反渗透膜。01234567891011/h反渗透脱盐装置采用PLC控制，全自动运行。图2过滤器浊度去除效果系统中设有自动控制阀，对反渗透进行停机保护和Fig.2Turbidityremovaleffectoffilter系统高低压保护。反渗透装置停运时，产水自动冲由图2可以看出，原水经多介质过滤器处理，水洗，使停运后的膜完全浸泡在淡水中，确保反渗透膜中的胶体物质和悬浮物质得到了去除。在60d（每得到有效保养。30d进行一次反洗）的运行期间，出水浊度基本稳2.6反渗透化学清洗系统定在1.0NTU左右，基本达到了设计指标。SDI值基定期清洗是对反渗透装置维护及保养的必要措稳定在3.0±1.0左右。施。该系统由1个清洗水箱，1台清洗水泵，1台5多介质过滤器长期运行后需要进行气水反洗以μm过滤器及相配套的仪表、管件组成。恢复其过滤效果，控制气水反洗强度在一个适当的2.7除二氧化碳器范围内十分重要，强度过小则达不到反洗效果，过大反渗透膜对二氧化碳等气体的去除率较低，为降则会造成滤料流失。结合本工程的实际情况如过滤低混床中阴离子交换树脂的负荷，设置了除二氧化器尺寸、滤料高度、滤料大小、滤料比重等，通过运行-1调试，确定反洗强度为：水反洗强度14L·s-1·m-2；气碳器，使反渗透产水中的二氧化碳含量≤5mg·L。反洗强度17L·s-1·m-2，反洗时填料膨胀高度≈50%，2.8混床装置利用阴、阳离子交换树脂的交换作用，去除反渗可最大限度恢复滤料过滤性性能。透产水中的阴、阳离子。经过混床的精处理，设计其3.2反渗透系统调试运行产水水质可达到硬度≈0mg·L-1，ρ(SiO20μg·L-1，反渗透系统包括保安过滤器、高压泵、膜组件、药2)≤电导率≤0.2μS·cm-1。洗系统等。保安过滤器内装5μm滤芯，在正常工作情2.9混床再生装置况下，可维持几个月的使用寿命，当进、出水大于设定的再生系统利用酸碱喷射器和计量箱等控制酸碱压差（0.1MPa）时即更换滤芯。膜组件采用36支膜安装的投加量，保证再生液的流量和浓度恒定。该系统主于6支膜壳内，一段与二段膜数量比为2：1，针对原水水质状况，反渗透膜元件的设计通量为22.4L·m-2·h-1。要设有酸碱储罐和再生专用泵、酸碱喷射器、酸碱计反渗透膜阻垢剂投加量对于防止膜污染、延长量箱、酸雾吸收器等。膜清洗周期、增加膜的使用寿命起着重要的作用，但3工程运行是投加过量会造成膜的腐蚀损害。一般情况下，阻垢3.1预处理系统调试运行剂投加量决定于具体的水质，本工程运行中确定阻运行期间原水经检验pH为6.9～7.1，水温垢剂投加4mg·L-1。20～25℃。预处理系统由絮凝剂加药装置和多介质过滤反渗透系统安装完毕后，进行调试，调试期间设器组成，经烧杯试验确定絮凝剂最佳投加量为8mg·L-1。备运转正常，进、出水水质、水压、水量稳定，调试10d多介质过滤器设计滤速为8.0m·h-1，内装填料无烟的系统运行情况见下表1所示。煤粒径0.8～1.8mm，填装高度400mm；石英砂粒反渗透系统调试完成后，经60d运行，系统运径0.5～2.0mm，填装高度800mm。反洗时填料膨转正常，进出水稳定。运行60d处理水电导率变化 128水处理技术第37卷第3期表1反渗透系统调试情况Tab.1ThesituationofROsystemoperation压力/MPa流量/m3·h-1电导率/μS·cm-1时间/d进水SDI回收率/%脱盐率/%进膜段间浓水淡水浓水进水淡水12.11.360.200.8330.110.274.780915.3498.122.01.350.190.8730.310.773.982017.4697.932.21.370.180.8129.49.875.080114.3898.242.11.380.210.8629.810.374.378616.9297.952.31.370.190.8530.610.674.279115.8298.062.11.390.190.8631.210.475.078813.7698.372.21.410.180.8930.810.275.181016.5197.982.01.400.210.8830.410.175.080616.7598.091.91.380.200.8730.59.775.981119.2697.6102.01.390.190.8829.99.575.780418.4797.8如图3所示。水平和自动化程度。采用了反渗透+混床协同除盐，在
该钢铁厂经过尽两年多的运行，取得了良好的效果。2098.61898.55结论
1698.4mc1498.3
/%对于进水水质要求高，水量要求稳定的工业锅S1298.2
/1098.1
炉用水处理采用反渗透技术是非常适宜的，尤其对8
98.0
6
97.9于水量要求小、设备自动化要求高的企业，尤为适497.8297.7合。预处理和后处理系统有效地保证了系统安全稳097.605101520253035404550556065定的进水与最终产水的水质，对产水合格起到了重
/d图3运行60d出水电导率要的作用。整套系统的脱盐率高达99.9%，且能耗Fig.3Electricalconductivityofeffluentin60days低、占地小、运行稳定、自动化成高。系统产水可满足3.3后处理系统调试运行工业锅炉水质GB1576－2001的水质要求，为锅炉后处理系统主要为混合离子交换器（混床），设提供合格、稳定的给水。备出力为30m3·h-1，工作压力≤0.6MPa，交换树脂综合考虑处理系统的长期运行稳定性、经济性、层高度阳树脂500mm/阴树脂1000mm。运行流速安全性，提出建议如下：为38.2m·h-1，混床内流速不宜过大，否则强烈的搅（1）考虑由于季节变化对处理效果造成的影响，拌效果会造成树脂的机械损伤或破碎，降低使用寿虽然本工程原水为地下水，常年水质较为稳定，但是命。树脂再生参数：HCl质量分数3%～5%，进酸流冬季设备进水的温度依然会明显低于年均进水温速3～5m·h-1；NaOH质量分数3%～5%，进碱流速度，而水温的变化对混凝效果的影响较大，需通过烧3～5m·h-1，体内同步再生。杯试验，确定冬季低温进水条件下混凝剂的最佳投混床采用强酸强碱树脂，经酸、碱再生后，出水药量，以保证絮凝过滤的效果。电导＜0.2μS·cm-1（25℃）；ρ(SiO)＜20μg·L-1；硬度2（2）水温对反渗透系统的处理效果也有着较大基本完全去除。树脂再生周期为45d。的影响，一般来说，进水温度越低，膜组件的过滤压4工程效益差越大，回收率越低，运行成本越高，产水量越低，阻该废水处理系统处理成本为3.51元·m-3。其中垢剂的投加量也越大，实际生产中要针对不同的进人工费0.4元·m-3，药剂费0.21元·m-3，折旧费1.92水条件调整系统的操作参数和加药量，以保证系统元·m-3，电费0.98元·m-3（其中预处理0.27元·m-3，的运行效果。因反渗透膜易受污染，必须采取措施尽反渗透0.52元·m-3，混床0.19元·m-3）。其中反渗透量减少污染，可通过密切监视各段的压差（若压差系统的电耗和设备折耗所费用占比例最大，但是反渗过高必须进行清洗）、严格控制回收率（不能过高，透系统极大地延长了后续混床设备的再生周期，减少也不要过低）等措施来实现膜污染控制。了酸碱的使用量和排放量，有利于当地的环境保护。（3）混床再生时的气水流速要适当，过大的流电厂锅炉用水水质严格，作为预脱盐系统的反速往往使树脂碰撞激烈，易导致树脂破碎，破碎的树渗透十分重要。它不仅大大地降低运行的劳动强度，脂随出水流出，会污染产水，同时，造成树脂更换频而且有利于进一步提高整个水处理工艺的运行管理繁，增加了处理成本。（下转第131页） 陈德业等，常规处理工艺生物强化处理西江原水131质标准（CJ94－2005）规定浊度＜0.5NTU标准。艺”处理西江原水，“生物预处理+常规处理工艺”生物预处理生物强化了混凝作用，对沉淀池采的出水对氨氮、CODMn的平均去除率为57.6%、47.1%，取部分污泥回流，具有优越生物絮凝作用的回流污比“常规处理”最终出水高约34.7、17.1百分点，有泥使得涡流反应器中矾花更加密实，提高了絮凝效效提高后续常规处理工艺对污染物的去除能力，并果，同时约能节省20%的混凝剂用量。能强化絮凝作用，节省约20%絮凝剂的量。2.3.4经济分析高速给水曝气生物滤池工艺具有其独特的优普通曝气生物滤池设计滤速一般不超过8m·h-1[4]，点，其采用双层轻质陶粒滤料，降低了浊度去除率，本试验预处理低氨氮质量浓度的西江原水，生物预大幅度降低单级升流式曝气生物滤池的水头损失，处理采用高滤速曝气生物滤池，其设计滤速通常达降低了提升能耗。工程投资约100～130元·m-3废到16m·h-1，因此占地面积可以减少50%以上。高滤水，运行费用0.03～0.05元·m-3废水（含折旧费）。速曝气生物滤池采用的气水体积比约0.5～1，过滤水头损失一般不超过5kPa，工程投资约100～130参考文献：元·m-3，运行费用0.03～0.05元·m-3（含折旧费）。[1]GB5749－2006生活饮用水卫生标准[S].[2]CJ94－2005饮用净水水质标准[S].3结论[3]陆少鸣,杨立,陈艺韵,等.高速给水曝气生物滤池预处理微污染采用高速给水曝气生物滤池强化常规处理工艺原水[J].中国给水排水,2009(18):65-70.[4]王学闯,魏晓安,陆少鸣,等.曝气生物滤池去除亚硝酸盐氮的效果处理西江微污染原水，出水氨氮、CODMn等指标出水及影响因素[J].水处理技术,2007(9):65-67.完全符合饮用净水水质标准（CJ94－2005）要求，[5]刘浔,陆少鸣.曝气生物滤池出水微生物在给水常规处理工艺中在应对原水突变情况具有较高的抗冲击负荷能力，的作用[J].工业用水与废水,2008,39(6):19-21.并提高后续常规处理工艺对氨氮的去除能力，是理[6]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国想的饮用水源生物预处理工艺。环境科学出版社,2002[7]王舜和,郭淑琴.不同功能曝气生物滤池的设计要点[J].给水排水,对比“生物预处理+常规工艺”和“常规处理工2008,(11):47-51.TREATMENTOFXIJIANGRAWWATERBYBIOLOGICALINTENSIFIEDTHECONVENTIONALChenDeye,ChenYiyun,LuShaoming(CollegeofEnvironmentalScience&Engineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510006,China)Abstract:Biologicalpre-treatment/conventionaltreatmentandconventionaltreatmentwereusedtotreatXijiangmicro-pollutedsourcewater,andtheremovalefficienciesofmainpollutantswascompared.TheaverageremovalratesofNH3-NandCODMnbybiologicalpre-treatment/conventionaltreatmentwere57.6%and47.1%,whichincreasedby34.7%and17.1%thanconventionaltreatment.Coagulationwasintensifiedbybiologicalpretreatmentandabout20%ofthecoagulantcanbesaved.Thehigh-rateUBAFinvestmentwasabout100to130yuan·m-3,andtheoperationcostisabout0.03to0.05yuan·m-3.Keywords:biologicalpretreatment;ammonianitrogen;CODMn;high-rateUBAF!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第128页）参考文献：[3]毛永灏.钢厂废水再生的反渗透膜污染控制策略研究[D].邯郸:河[1]GB1576－2001工业锅炉水质[S].北工程大学,2007.[2]张艮林.多核复合絮凝剂及其组合技术的理论与应用研究[D].昆[4]薛珂,杨庆峰,等.反渗透专用阻垢剂性能的动态评价方法[J].化明:昆明理工大学,2006.工进展,2006,25(8):907-912.APPLICATIONOFROINWATERTREATMENTOFPOWERPLANTBOILERYinXiaofeng1,JinYutao2,WangShaobo1（1.The718thResearchInstituteofCSIC，Handan056027,China;2.HandanIron&SteelGroupHanbaoIronandSteelCompanyPoEnergyCenter,Handan056003,China）Abstract:Introducedtheapplicationofreverseosmosistechnologyinboilerfeedwaterofsomesteelplant.Multi-mediafilters+reverseosmosis+mixedbedcombinationwasusedtoprocessontherawwater.Introducedtheprocessandoperationoftechnique,analysisofoperatingdata，solvingengineeringproblems.Keywords：boilerfeedwater;moremediumfilter;reverseosmosis;mixedbed