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生物質電廠除鹽水處理方法

生物質發電起源于20世紀70年代，自90年代以后在國外得到大力發展。近幾年，國內生物質發電迅速發展，單臺30MW發電機組需要除鹽水約10m3/h，其超高壓高溫鍋爐要求補給水質量標準為電導率≤0．2μS/cm，二氧化硅≤20μg/L。對于傳統的離子交換除鹽系統，全膜法水處理以占地面積小、自動化程度高等優勢，特別適用于小出力的除鹽系統。全膜法水處理中的超濾、反滲透和EDI（連續電除鹽裝置）在國內大型火電機組中已有成熟的應用。

1 全膜法系統介紹

全膜法工藝流程見圖1。

 如圖1所示，超濾可去除水中一定顆粒大小的雜質，降低濁度，滿足反滲透進水條件；反滲透能選擇性地去除98％以上的無機離子，但達不到超高壓鍋爐用水要求；脫氣膜去除水中的二氧化碳，減輕后續EDI裝置的負擔，EDI裝置將傳統的電滲析技術和離子交換技術結合起來，進行深度除鹽，出水達到鍋爐用水標準。電廠使用的超濾、反滲透、脫氣膜以及EDI裝置參數見表1。

表１　應用膜的種類及參數

 超濾和反滲透是以壓力為驅動力，促使膜截留物質，為物理分離過程，超濾為低壓驅動，反滲透為高壓驅動。脫氣膜在電廠水處理領域運用較少，它是利用擴散的原理將水中的氣體去除，脫氣膜內裝有大量的中空纖維，水分子不能通過中空纖維上的小孔，而氣體分子能通過。工作時，水流在一定的壓力下從中空纖維的里面通過，而中空纖維的外面在真空泵的作用下將氣體不斷地抽走，形成一定的負壓，水中的氣體不斷向外溢出，去除水中氣體。脫氣膜能去除約85％的二氧化碳，當進水二氧化碳低于15mg/L時，出水二氧化碳可以小于2mg/L。EDI裝置是利用兩端電極高壓使水中帶電離子移動，并配合離子交換樹脂及選擇性樹脂膜以加速離子移動去除，生產出合格除鹽水。

2 全膜法系統設計思路

電廠鍋爐補給水通常要求較高的水質，除鹽系統可以選擇傳統的陰、陽離子交換器和混合離子交換器工藝，或者選用超濾、反滲透和EDI工藝。傳統離子交換除鹽系統應用相當廣泛，但仍然有不足：占地面積大，廠房投資較高；樹脂再生時消耗大量酸堿，并排放大量酸堿廢水，污染環境。近年來，膜在水處理領域運用越來越多，成本也逐漸降低，因此在生物質電廠除鹽系統中優先選用全膜法。

在本單元承接的這批生物質電廠設計了系統出水10m3/h的超濾、反滲透、脫氣膜和EDI設備，同時選配了相應的水泵、水箱、化學加藥和清洗裝置。原水經過混凝、澄清和過濾去除大部分懸浮物、膠體等物質，再在蒸汽加熱器里將溫度升至25℃后進入化學除鹽系統，化學除鹽系統主要設備參數見表2。

表２　化學除鹽系統主要設備參數

 因本批設計興建的生物質電廠有20多個，設計中選擇了兩種設備布置方式（見圖2），一種是按照工藝流程布置（見圖2a），主體設備、超濾、反滲透等裝置均布置在化水車間內，除鹽水箱容積較大布置在室外，該布置方式緊湊，占地面積小，約450m2，前期電廠采用該布置方案，后續設計中進一步優化后占地面積可達400m2，該優化過程是合理調整設備的間距以及相應廠房的大小，達到降低投資造價的理念，后期建設的電廠主要采用優化后的布置。另一種布置方式是按設備功能布置（見圖2b），主體設備在化水車間，水箱均布置在室外，水泵全部布置在泵房。該布置方式操作空間大，較美觀，但占地面積大，約520m2。

 為了節約用地和投資成本，選擇按工藝流程布置，如果不考慮用地和成本因素，建議按照設備功能布置。本批次設計中大部分電廠按工藝流程布置，小部分電廠按設備功能布置。

3 全膜法系統流程對比

根據進水水質設計了3種工藝流程，當進水含鹽量分別為低、中、高時，分別設置單級反滲透、單級反滲透＋脫氣膜、兩級反滲透，見表3。在工藝流程的選擇上，按照水源水質和投資經濟性兩個主要因素來進行選擇。

表3　3 種工藝系統流程

 表3中3種工藝流程的區別在于超濾和EDI之間的設備設置不同，當只選用單級反滲透時，可以簡化工藝流程，節省占地投資；當選用單級反滲透＋脫氣膜時，省去設置二級反滲透時相應水泵和水箱，投資造價低于兩級反滲透；相對前兩種工藝，采用兩級反滲透工藝流程最復雜，價格最高，大型電廠量大，對水質要求也高，采用兩級反滲透可以提高反滲透出水水質，是國內大型電廠一直使用的成熟工藝流程。

3種工藝流程在各生物質電廠均有設計應用，在本批次已調試和運行的20多個電廠中，出水水質能達《火力發電汽動力設備水汽質量》（GB/T 12145—2008）中電導率≤0．2μS/cm和氧化硅≤0．2μg/L的要求。從目前運行情況來看，真空泵經常過載，脫氣膜運行不是很穩定，脫氣膜的效果不是很明顯，是否設置脫氣膜裝置有待商榷。按照反滲透一年99％脫鹽率和三年97％脫鹽率設計，建議當進水電導率高于300μS/cm時，設置兩級反滲透；當進水電導率低于300μS/cm時，設置單級反滲透。

4 全膜法處理水水質要求

部分電廠調試期間各膜設備主要進出水水質要求見表4。

表4 膜設備主要進出水水質要求

 除鹽預處理系統為一體化凈水器，集混凝、澄清和過濾為一體，設備運行時投加混凝劑（聚丙烯酰胺）和助凝劑，使出水濁度＜5NTU，運行過程中要注意混凝劑投加量（一般為10～30mg/L），防止投加過多，造成對后續超濾的影響；超濾運行的過程中需定期反洗和投加鹽酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉等化學藥劑進行加強反洗，使超濾出水濁度＜0．2NTU，SDI＜3，滿足反滲透進水條件；反滲透進水投加還原劑和阻垢劑均為1～5mg/L，其中還原劑消除氧化劑對反滲透膜的影響，阻垢劑減輕膜結垢的傾向；未設置脫氣膜的單級反滲透裝置，在進水處投加堿，以減少二氧化碳的生成，減輕后續EDI設備除鹽的負擔；現場調試時的單級反滲透出水電導率在5μS/cm左右，滿足EDI進水要求，EDI的操作電流建議設置在4A左右，若電流低，電離的H＋、OH－少，再生效果會變差，若電流過高，則會影響EDI的壽命和經濟性。

5 問題分析與解決措施

（1）調試期間不具備蒸汽使用條件，生水加熱器無法投入運行，生水加熱器可將高溫蒸汽與生水混合以提高水溫，達到膜系統的最佳水溫25℃。冬天水溫較低，對膜的通量造成影響，如果在設計出力10m3/h下運行，會加快膜通量的衰減。當水溫從25℃下降到5℃時，在同樣操作條件下，水量會衰減到正常水量的50％以下，嚴重影響制水量，如果在額定出力下運行，需要增加膜的壓差，造成膜快速污染和影響膜的壽命。為了保證膜的長期穩定運行，在調試期間當水溫低于15℃且生水加熱器未投運時，建議系統略低于設計出力下運行，如選擇8m3/h或更低，保證反滲透膜壓差低于0．1MPa。

（2）部分電廠設備調試期間，控制系統不具備運行條件，采用手動操作，未做連鎖和各種保護，易誤操作對設備造成損壞。控制系統是影響工藝系統穩定運行的重要因素之一，如各設備進水水質要求設定值、壓差設定值、各保護設定值，保證設備處于安全狀態，在未投入程控的前提下，調試運行易產生誤操作，對設備造成損害，而且無運行數據可查。

工藝設備安裝完成后，而控制系統未安裝完成或未投入運行時，為了及時調試制出合格水，工作人員可就地啟動設備，調試制水。超濾、反滲透和EDI運行期間，當進水未能滿足表4進水要求或膜壓差超過其運行允許值時，工作人員未能及時發現并停止設備運行，會影響膜的壽命。超濾啟動后，需要間隔30～45min對超濾反洗和定時化學加強洗，在未投入控制系統的前提下，需要人為計時操作，按運行流程手動開啟相應閥門，化學加強洗的同時需要依次開啟超濾加酸、加堿、加次氯酸鈉計量泵，反滲透需要與還原劑和阻垢劑計量泵做控制連鎖，同步啟停。水箱和水池必須同相應水泵做控制連鎖，低液位時不能啟泵，高液位時不能進水。建議正式運行前，必須投入控制系統。

（3）部分電廠加藥系統不完善，未投加或投加不準確，易對水質產生影響，縮短設備的壽命。一體化凈水器根據系統進水調節加藥量，加藥量在10～30mg/L之間，若不加藥，出水濁度達不到超濾進水條件，若加藥量過高，易造成超濾膜壓差上升快，出水SDI偏高，達不到反滲透進水條件。超濾要定時投加一定濃度的酸、堿、次氯酸鈉進行化學加強洗，避免膜污染。要嚴格按照膜廠家推薦的加藥方式和投加量來運行，以免影響膜的使用壽命。具體參見yangzhchao.com更多相關技術文檔。

6 結語

針對水源水質的不同，設計了3種膜法除鹽工藝流程，2種布置方式，同時應用于各生物質電廠。生物質電廠采用全膜法處理工藝，系統運行穩定，出水電導率≤0．2μS/cm，二氧化硅≤20μg/L，完全滿足鍋爐用水要求。建議全膜法不采用脫氣膜設備，當進水電導率≤300μS/cm時，設置單級反滲透，當進水電導率＞300μS/cm時設置兩級反滲透。全膜法處理工藝自動化程度高，維護方便，占地面積小，在生物質電廠10m3/h的除鹽系統中有著廣泛的應用前景。

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