火電廠熱網(wǎng)系統(tǒng)補水設(shè)計中反滲透的應(yīng)用

火電廠熱網(wǎng)系統(tǒng)補水設(shè)計中反滲透的應(yīng)用

0反滲透水處理系統(tǒng)近年來，隨著電膜吸附鹽技術(shù)的深入研究，電膜吸附技術(shù)在污水處理（廢水）處理領(lǐng)域的應(yīng)用日益激烈。作為一種新型水處理技術(shù)，電容膜吸附技術(shù)是利用帶電電極表面吸附水中離子及帶電粒子，從而使水中溶解鹽類及其他帶電物質(zhì)在電極表面富集濃縮而實現(xiàn)水的凈化或淡化電容膜吸附技術(shù)與傳統(tǒng)的水處理技術(shù)相比存在多種潛在的優(yōu)勢發(fā)展區(qū)域集中供熱，可節(jié)約能源，保護環(huán)境，提高供熱效率，保障人民生活。為防止熱力系統(tǒng)特別是換熱器腐蝕、結(jié)垢，熱網(wǎng)補水需要滿足一定要求。根據(jù)CJJ34-2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》，為防止結(jié)垢，要求熱網(wǎng)補水硬度≤0.6mmol/L。目前，換熱器材質(zhì)常采用不銹鋼（304、316或316L等），為防止換熱器發(fā)生應(yīng)力腐蝕，要求氯離子≤25mmol/L。為保證熱網(wǎng)系統(tǒng)補水硬度合格，傳統(tǒng)的處理方法是使用鈉離子交換器用于去除水中鈣離子、鎂離子，制取軟化水。但該處理方法存在下列不足：鈉離子交換器只能去除水中鈣離子、鎂離子，不能去除水中的氯離子，報廢的離子交換樹脂為危險化學品不易處置，離子交換軟化及配套再生系統(tǒng)占地面大，再生時需要排放大量高含鹽量再生廢液，不利于環(huán)境保護，為防止不銹鋼材質(zhì)換熱器腐蝕，需要添加大量降氯藥劑，增加運行成本，熱網(wǎng)系統(tǒng)檢修排水污染環(huán)境等?；鹆Πl(fā)電廠熱網(wǎng)補水一般采用反滲透產(chǎn)水，即采用“過濾器+自清洗過濾器+超濾+反滲透”工藝。過濾器需要配套安裝空氣、水反洗系統(tǒng)，超濾需要配套安裝反加藥及化學清洗系統(tǒng)，反滲透需要配套安裝反加藥及化學清洗系統(tǒng)。反滲透產(chǎn)水水質(zhì)能夠滿足CJJ34-2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》硬度≤0.6mmol/L、氯離子≤25mmol/L要求。但該處理方法存在工藝流程長、占地及投資大、運行成本高、水利用率低等不足；熱網(wǎng)補水系統(tǒng)采用電容膜吸附技術(shù)，可克服上述不足。通過中型試驗，采用“過濾器+電容膜吸附設(shè)備”工藝流程，可處理一定含鹽量的水質(zhì)，其出水水質(zhì)能夠滿足CJJ34-2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》熱網(wǎng)補水指標。1測試1.1系統(tǒng)操作運行條件本試驗所用電容膜吸附裝置由電去離子吸附模塊、過濾器、集水箱、水泵、電源系統(tǒng)、檢測儀表（包括電導率、溫度、進出水流量、進出水壓力、電壓和電流檢測表）以及管閥系統(tǒng)等組成。該裝置采用自動程序控制，進水流量、出水電導率、吸附時間和電極再生時間等控制指標均可通過中央觸控顯示屏手動調(diào)節(jié)。設(shè)備運行主要分三個階段，第一階段為預沖洗階段，將待處理水樣通入裝置進行預沖洗，此階段主要利用原水將電極再生階段殘留在吸附模塊和部分管道中的濃水排出；短暫預沖洗結(jié)束后進入吸附階段，電去離子吸附模塊利用帶電電極表面吸附原水中離子，使原水中的鹽類在電極表面富集濃縮，即實際產(chǎn)水階段；達到吸附設(shè)定時間后，系統(tǒng)自動進入電極解吸再生階段。再生過程結(jié)束后，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入下一周期。相關(guān)運行參數(shù)如表1所示。本試驗通過改變設(shè)備運行參數(shù)，探究不同操作條件下電容膜吸附裝置所處理水樣及產(chǎn)水水質(zhì)，從而推斷離子的吸附情況，探尋電容膜吸附裝置處理水樣的最佳工況點，分析離子的去除效果等。1.2試驗水質(zhì)本試驗所用水樣為自來水，水質(zhì)指標如表2所示。2結(jié)果與討論2.1電導率的日變化為探究電容膜吸附裝置處理熱網(wǎng)補水的規(guī)律，對比在不同運行周期下電導率的變化規(guī)律是否相同，在保證操作條件不改變的條件下，將裝置運行一周，每天取一個運行周期數(shù)據(jù)，分析出水電導率隨時間的變化規(guī)律。設(shè)定設(shè)備運行參數(shù)為：預沖洗時間15s，吸附時間6min，再生時間2min，進水流量30L/min，工作電流23A。出水電導率隨時間的變化如圖1所示。圖1中的四幅圖中，藍色虛線表示原水電導率。從曲線可以看出，運行幾天的情況下，每個運行周期中電導率隨時間的變化規(guī)律基本一致，說明當操作條件一定時，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，處理效果不隨時間發(fā)生明顯波動，說明設(shè)備運行穩(wěn)定。從單個運行周期來看，0s時的電導率為2000μS/cm（電導率表量程最高為2000μS/cm，實際上的電導率高于此數(shù)值），是由于設(shè)備反沖洗過程中將原本吸附在電極板上的離子解吸下來，使得初始電導率非常高；0～15s為預沖洗階段，此階段出水電導率驟降，迅速回到原水的電導率水平。15～375s為吸附階段，此時電極板吸附水中離子，其中在50～100s期間電導率基本保持不變，說明此時電極板吸附飽和，水樣的電導率最低下降至48μS/cm，最高脫鹽率達到91.04%，吸附階段后期由于電極板吸附飽和，水樣電導率出現(xiàn)回升；后期再生階段進行解吸，電極板上的離子解吸下來，出水電導率迅速回升到2000μS/cm以上。從電導率隨時間的變化規(guī)律可以看出，電容膜吸附設(shè)備對原水的處理有很好的效果，且可以有規(guī)律的平穩(wěn)運行，故可以將該裝置用于熱網(wǎng)補水的處理，探尋最佳工況點，提高處理效果。2.2其他操作條件下出水電導率為探究吸附電流對電容膜吸附裝置處理熱網(wǎng)補水效果的影響，采用單一變量法，固定其他參數(shù)不變：吸附時間6.5min，再生時間1.5min，預沖洗時間15s，進水流量30L/min，當工作電流分別為25A、30A、35A時，電導率隨時間的變化情況如圖2所示。由圖2可以看出，在其他操作條件固定的條件下，工作電流越高，出水電導率越低。預沖洗階段，0～15s內(nèi)，工作電流越高，設(shè)備中水樣的電導率下降速度越快；吸附階段，工作電流越高，出水電導率越低，工作電流為35A時，出水電導率最低，為52μS/cm。設(shè)備在周期運行后期，由于電極板吸附飽和，所監(jiān)測的水樣電導率呈上升趨勢，直至吸附階段結(jié)束進入再生階段，但電流越高，吸附階段結(jié)束時的出水電導率越低。從整個吸附周期來看，工作電流為25A、30A、35A時，平均出水電導率分別為177、164、152μS/cm，說明提高操作電流可以降低出水電導率，提高處理效果，出水水質(zhì)更好。并且試驗發(fā)現(xiàn)，若繼續(xù)提高設(shè)備工作電流超過35A，設(shè)備將無法穩(wěn)定運行，因此針對一定水質(zhì)，可確定電容膜吸附裝置處理熱網(wǎng)補水的最佳工作電流為35A，此時處理效果最好，出水電導率瞬時最低可降至52μS/cm。2.3試驗2.2min控制其他操作條件不變，只改變再生時間進行試驗，探究再生時間對電容設(shè)備處理熱網(wǎng)補水的效果及影響。試驗操作條件為：吸附時間6.5min，預沖洗時間15s，進水流量30L/min，工作電流35A，再生時間分別為1.5min、2min、2.5min，試驗結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，再生時間越長，運行周期內(nèi)出水電導率越低，吸附階段后期電導率回升幅度越小，即吸附階段結(jié)束時電導率值越低。當再生時間為2.5min時，電導率最低可降至41μS/cm，處理效果最好，主要是由于再生時間越長，電極板解吸越徹底，在吸附階段可以去除的離子更多，從而使得出水電導率更低。從整個運行周期來看，再生時間為1.5min、2min、2.5min時，運行周期的平均出水電導率分別為177μS/cm、141μS/cm、120μS/cm，說明隨再生時間的增加，吸附在電極板上的離子解吸充分，吸附階段的離子去除率有效提高。再生過程為自用水消耗過程，為保證回收率保持在較高水平，再生時間不宜過長，選取再生時間為2.5min。2.4預沖洗時間對處理效果的影響試驗發(fā)現(xiàn)當吸附時間為6.5min時電極板達到吸附飽和，為保證回收率在較高水平，故不再對吸附時間進行調(diào)整，即選取吸附時間為6.5min。此外，為保證設(shè)備預沖洗完全，且回收率不受較大影響，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，當預沖洗時間為1min時，處理效果滿足要求。因此電容膜吸附設(shè)備處理原水的最佳工況條件確定為：工作電流為35A，進水流量30L/min，吸附時間6.5min，再生時間為2.5min，預沖洗時間1min，在此操作條件下對原水進行處理，連續(xù)五個周期各離子去除效果如圖4所示。從圖4中各離子去除率曲線可以看出，電容膜吸附技術(shù)用于電廠熱網(wǎng)補水的處理，五次重復試驗中，各離子的去除率都趨于穩(wěn)定，且達到較高水平，總硬度、Ca一價離子總?cè)コ师?.5電容膜吸附裝置回收率由前述試驗可以得出，電容膜吸附技術(shù)處理原水的最佳操作條件為：進水流量30L/min、吸附時間6.5min、再生時間2.5min、預沖洗時間1min、工作電流35A，此時計算回收率（ξ）為：即電容膜吸附裝置處理原水最佳工況條件下，回收率為78.79%。3電容膜吸附技術(shù)(1）電容吸附裝置工作電流、再生時間、預沖洗時間等操作條件均對產(chǎn)水水質(zhì)有影響，試驗發(fā)現(xiàn)，在進水流量30L/min、吸附時間6.5min、再生時間2.5min、預沖洗時間1min、工作電流35A時，達到最佳工況，回收率為78.79%，總硬度、Ca(2）根據(jù)不同離子去除率試驗計算，當中水或自來水硬度≤8mmol/L、氯離子≤150mg/L時，電容膜吸附設(shè)備出水硬度≤0.6mmol/L、氯離子≤25mg/L，滿足要求的熱網(wǎng)補水質(zhì)量標準。水利用率不低于78%，運行成本不高于1.5元/t;(3）采用電容膜吸附技術(shù)處理熱網(wǎng)系統(tǒng)補水，和反滲透處理工藝相比，投資下降20%，占地面積及運行成本減少50%，水利用率提高10%以