反渗透技术在电厂水处理的应用

周晓宇 薛泽民

摘要：在世界各国，由于工业化程度的不断提高，以及人们对环保的重视，火力发电厂的水处理工艺日益受到重视。因此，开发高效节能的水处理工艺，对实现电力工业的可持续发展具有重要意义。在众多的水处理工艺中，反渗透工艺具有脱盐能力强、能耗低、对环境污染小等优点，已成为目前火力发电厂水处理领域的一项重要工艺。针对目前我国火力发电厂用水处理技术存在的问题，提出了相应的解决办法，希望能为我国电力部门的用水管理工作提供一种新的思路。

关键词：电厂；水处理；反渗透技术

它的核心是通过半透膜来实现对溶液中各种物质的选择性分离。在火力发电厂的水处理中，采用该工艺可以有效地脱除水中的盐分、重金属和有机物，从而达到锅炉给水和冷却水的水质要求。与常规的离子交换和沉淀等水处理方式相比，反渗透工艺操作简单，处理效率高，适应性强，但仍存在膜材料选取、系统能耗和污染物治理等方面的问题。

1反渗透技术的原理与特点

1.1反渗透的工作原理

反渗透是一种利用半透膜原理进行水与溶质分离的新方法。在天然条件下，当两种不同浓度的水透过半透膜时，纯化水会向低浓度的那一面流动，直至两侧的浓度达至平衡，此一过程被称作“渗透”。但是，反渗透技术却恰恰相反。通过在低浓度端施加外加压力，使水分子由高浓度一侧流向低浓度一侧，以达到净化水源的目的。用这种方法，大多数盐，矿物质和其它杂质都会被隔离在薄膜的一边，而经过纯化的水会穿过薄膜到达另一边。要高效地进行该反应，半透膜不仅要有较高的流量，而且要有较小的流量，以确保在一定的压强下，大部分的溶质都会被阻挡在原水中。

1.2反渗透膜的种类与选择

反渗透膜作为一种重要的膜材料，按制备材料和性质可划分为膜、醋酸纤维素和全芳酰胺膜。TFC膜具有排盐速率高、透水性能好等优点，已被广泛用于海水脱盐及工业用水；而早些时候的CA薄膜，由于对氯气敏感，目前很少采用；全芳酰胺薄膜由于其良好的化学稳定性，在一些特殊的领域中得到了广泛的应用。在选用RO膜时，除应考虑原水的含盐量、pH值、有机成分等水质指标外，还应从处理目的、系统设计和经济等方面综合评价。

1.3反渗透技术的主要优势

在当今的水处理中，反渗透具有许多明显的优点。首先，该技术可有效去除水体中的细菌、病毒、有机物、重金属和多种盐分，以保证出水质量符合要求。其次，它比蒸馏等水处理方式节省能源，降低操作费用，对企业和个人都有很大的经济效益。而且，反渗透装置具有很强的灵活性，可因应需要的水量及水质而作适当的调节，适用于小的家庭净水及大规模的脱盐装置。另外，该装置的运行与维修较为简便，无需消耗大量的化学试剂，因而具有环保的优点。

2电厂水处理中的反渗透技术应用策略

2.1稳定性分析

反渗透工艺的稳定与否，对污水处理的效果及运行费用有很大的影响。一种稳定的反渗透装置，可维持长期高效率的运转，并可减少维修及更换零件的次数，以达到节省操作费用的目的。而稳定性较差的系统，会造成膜材提前老化或破损，出水品质不稳定，从而增加了系统的操作与维修费用。在本研究中，实验设备的进水压力维持在0.8MPa，流速控制在1.2立方米/小时左右，温度在25℃左右。这种装置是用来模拟标准操作情况的，因此可以看到在相关标准情况下，逆渗透装置的性能如何。实验发现，启动后，膜渗透率并不是很平稳，而是有逐步下降的趋势。这主要是由于反渗透膜在运行初期存在一个“适应期”，在这个过程中，某些可溶性物质会在膜表面积聚，从而使其性能逐步下降。操作150多分钟后，膜的流量基本保持不变，说明该工艺已进入比较稳定的操作阶段。反渗透装置的运行稳定性受系统回收率的影响较大。随着萃取率的增大，体系内的溶质浓度也随之增大，从而使渗透压增大。在此情形中，由于较高的渗透压要求较高，因此膜通量会持续降低。另外，随回收率增大，浓水侧离子浓度增大，出水电导率增大。但是，当运行参数相对稳定时，出水导率会在某种程度上维持较高的稳定性，不会随运行时间的延长而出现较大的波动。虽然通过调节运行参数（如压力、流速、温度等），能够有效地保持膜的稳定，但是在长时间的运行中仍然存在膜污染和渗透性能退化等问题。所以，对设备进行周期性的保养与清洗就显得十分重要。另外，选用高品质的反渗透膜，并对其进行优化设计，可有效地改善系统的稳定性，延长操作时间。

2.2PH值的影响

结果表明，在超滤工艺中，pH是影响膜通量的一个主要因素。在此基础上，以0.8MPa供水压力，1.2m³/h，回收率15%左右的单分支反渗透膜为研究对象，研究pH对膜通量的影响规律及作用机制。实验结果显示，在pH范围为6.0~8.5之间，对RO膜的透过率有较大的影响。随着pH的增大，膜的通量也随之增大。这可能是由于离子交换膜的电荷密度随溶液pH的增加而增大。这一静电斥力可减小膜内离子及其它溶质在膜孔内的积聚，因此可减小膜的渗透阻力，使水分子更易透过膜。尤其在6.5~7.0的pH范围内，该效应尤其显著；在7.0~7.5范围内，膜渗透率增加幅度较小；说明膜通量对pH的敏感度存在一定的局限性，pH大于7.5时，膜通量几乎达到了一个峰值，而随着pH的增大，这种增幅逐渐减弱。除pH外，温度对膜渗透率也有重要影响。一般情况下，随着温度的提高，膜的通量也随之增大。这是由于当温度上升时，溶液的粘性变小，水分子的移动速度更快，从而使水分子穿过薄膜的速度更快。此外，随着温度的升高，膜的孔隙率也将增大，从而更有利于水的传递。

2.3渗透膜防腐蚀处理

控制好进水水质，是防止膜污染的先决条件。采用23~27℃的入口水温、1.05MPa以上的水压、4.0~11.0的PH值，能有效地降低对薄膜的物理化学破坏。设计了一系列的工艺参数，并根据不同的工艺条件，设计出了更好的工艺条件。尤其是pH的调控，它不但关系到脱盐速率、通量，而且还与膜材料的稳定性能密切相关。pH过高或过低都会加快膜的老化进程，从而降低了系统的长期运行效果。前处理是防止保护膜损坏的一个关键环节。采用圆盘过滤、超滤等物理过滤技术，将原水的浊度降到0.5NTU以内，并将残氯控制在0.1ppm以内。在微生物防治方面，尽管水源中的微生物数量较少，不需要进行持续的灭菌，但是在停机期间采用阻垢剂清洗，并定期用甲醛溶液消毒，能够有效地抑制微生物的滋生，保持膜的洁净。此外，还发现了浓水侧的析晶、积垢等问题。碳酸盐、硫酸盐等物质的沉积不但会降低脱盐速率，而且会对膜结构造成物理破坏，而且随着时间的推移，会造成膜的严重破坏。加入适当的阻垢物质，能有效地抑制酸碱性，防止结垢，防止化学侵蚀及物理阻塞。另外，纤维素乙酸作为一种新型的膜材料，具有价格低、脱盐效果好等优点，得到了越来越多的应用。但是，由于它的化学稳定、耐污染性能不高，所以在前处理及操作中对水质的控制提出了更高的要求。

结束语：

随着科技的进步与材料的不断发展，目前已有许多先进的工艺被用于火力发电厂的给水处理。通过优化反渗透工艺，优化操作参数，改善膜材料性能，实现高效低耗的目标。同时，将预处理与后处理相结合，既可提高RO的使用年限，又可进一步提高出水质量，以达到更加苛刻的火力发电厂出水需求，进而使得整体水处理效果大大提升。

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