引言:反渗透水处理技术在电力工业中应用广泛,迫切需要完善一套适合我国国情的反渗透设计、安装、调试和运行程序。结合国内电厂,介绍了反渗透技术的应用及一些经验,对反渗透预处理有了新的看法和认识。
一、反渗透膜技术
它是一种具有一定特性的人工半透膜,是反渗透技术的核心部件。反渗透技术的原理是基于其他物质不能通过半透膜的事实,在比溶液渗透压更高的作用下,将这些物质从水中分离出来。反渗透膜的孔径很小,能有效去除溶解的盐类、胶体、微生物、有机物等。该系统具有水质好、能耗低、无污染、工艺简单、操作方便等优点。
反渗透膜应具有以下特点:(1)在高流速下具有较高的脱盐率;(2)具有较高的机械强度和使用寿命;(3)能在较低的工作压力下工作;(4)能承受化学或生化效应的影响;(5)受pH值、温度的影响较小原料来源容易,工艺简单,成本低。
原理:反渗透又称反渗透,是一种以压差为驱动力将溶剂从溶液中分离出来的膜分离操作。当压力超过其渗透压时,溶剂将逆转自然渗透的方向。因此,在膜的低压侧获得渗透溶剂,即渗透液;在高压侧获得浓溶液,即浓溶液。如果采用反渗透法处理海水,则在膜的低压侧获得淡水,在高压侧获得盐水。反渗透时,溶剂的渗透速率,即液体流动能N为:N=KH(Δp-Δπ),式中KH为渗透系数,随温度的升高而略有增加;Δp为膜两侧的静压差;Δπ是膜两侧溶液的渗透压差。稀溶液R的渗透压为:π=ICRT,其中I是溶质分子电离产生的离子数;C是溶质的摩尔浓度;R是摩尔气体常数;t是绝对温度。透明膜通常采用不对称膜和复合膜。用于反渗透的设备主要是中空纤维式或辊式膜分离设备。反渗透膜可以截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质,从而得到纯净水。也可用于大分子有机溶液的预浓缩。反渗透技术由于其工艺简单、能耗低,近20年来得到了迅速的发展。它已广泛应用于海水和微咸水的淡化、锅炉水的软化和废水处理,并与离子交换相结合生产高纯度水。其应用范围不断扩大,已广泛应用于乳制品和果汁的浓缩,以及生化和生物制剂的分离和浓缩。
二、反渗透膜应用现状
带正电荷的反渗透膜目前广泛应用的低压和超低压复合膜都是由芳香族多元酸胺制成,膜表面带负电荷。目前,一些膜制造商已经开发出表面带正电荷的低压复合膜,这种膜主要用于制备高阻高纯水系统。日本日东电气公司生产的正电荷膜es10c在半导体工业的三级反渗透系统中获得了电阻率为10-15兆欧的高纯水;韩国现代电子公司三家工厂生产的总产水量为800t/h的三级反渗透系统的电阻率为8-9兆欧;上海某半导体厂的170t/h三级反渗透系统也达到了上述指标。另外,在国内几家制药厂的5-20t/h两级反渗透系统中,反渗透的水阻为1.7-3兆欧。
反渗透膜在各种膜分离技术中,反渗透技术是近年来最成功的一种。据估计,自1995年以来,反渗透膜的使用每年增加20%。据保守统计,1999年工业反渗透膜组件市场供应量为6000片8寸膜和26000片4寸膜。2000年和2010年,市场较为强劲,膜消耗量逐年大幅增加。据测算,反渗透技术的应用,为水处理行业创造了年产值10亿元以上。
国内反渗透膜行业最大的应用领域仍然是大型锅炉补给水和各种工业纯水,其次是饮用水的市场规模,以及电子、半导体、医药、医疗、食品、饮料、白酒、化工等领域的应用,环保等产业也形成了固定规模。
三、反渗透膜技术在电厂化学水处理中的应用
1 预处理工艺
在反渗透处理过程中,进水量不断减少,水中悬浮颗粒和溶解物浓度不断增加,导致悬浮物沉积在反渗透膜上,堵塞进水通道,从而增加其摩擦阻力,同时当浓水中不溶性盐的饱和度达到上限时,会在反渗透膜表面沉淀形成水垢,导致反渗透膜通量降低,运行压力和摩阻增大,水质下降。基于以上两个原因,会造成膜污染。因此,在反渗透水处理系统的设计过程中,应增加预处理工艺,以减少悬浮物、有机物、不溶性盐等物质对反渗透膜的污染,从而有效改善进水水质,提高反渗透膜的可靠性。
选择原水进入反渗透装置前的时间节点,采用预处理工艺,在系统中挨个设置多介质过滤器、活性炭过滤器与保安过滤器,定期更换多介质过滤器和活性炭过滤器中的滤料,避免失效,以滤除原水中溶解的有机物和余氯等杂质,降低出水COD含量;选用反冲洗式保安过滤器,定期进行反冲洗和超声波处理,防止细菌滋生及杂质沉积。采用15t/(h,1t1)滤芯过滤面积,减少滤芯更换周期和数量,降低成本。同时,通过向反渗透系统中加入酸来调节进水的pH值,结合CaCO3垢的沉积条件和膜元件的最佳操作pH值,可以调节酸的投加量。如CA膜的最佳pH值为5.5左右,TFC膜的最佳pH值为6.0-7.0。除此之外,还要加强反渗透加药环节的精细化设计,并注意结合电厂水质的实际特点合理选择混凝剂,以去除水体中的悬浮物、胶体颗粒等杂质,达到最佳效果改善水质的目标。如使用聚丙烯酸作为阻垢剂后,不应使用阳离子聚电解质作为絮凝剂,以免影响膜元件的使用寿命。
2锅炉酸洗废液处理
经过模拟电厂锅炉酸洗废液的处理试验,分析比较了低压复合膜、海水膜和醋酸纤维素膜在循环方式和反渗透技术下的处理效果,得出以下结论。
(1) 在锅炉酸洗废液处理过程中,海水膜的处理效果是最好,其次是低压层压、复合膜和醋酸纤维素膜。
(2) 反渗透法处理锅炉酸洗废水最合适的方法是采用海水膜循环处理。通过反渗透技术在电厂锅炉酸洗废液处理中的应用,可知处理锅炉柠檬酸酸洗废液的最佳方法是:对酸洗废液进行反渗透浓缩,反渗透可以达标排放,也可以回收浓缩液,进行除铁处理。应进行喷雾干燥,然后回收柠檬酸钠。采用该处理方法,可彻底解决锅炉酸洗废液的污染和环境问题,达到经济、社会和生态效益。
3在海水淡化中的应用
在渗透膜法海水淡化的过程中,未来的各个方面都应该得到重视——高淡化和节能。然而,在水质分离过程中存在着一种平衡。要打破这种平衡,就必须施加外部压力,这限制了上述两个方面的同时满足。然而,东丽利用正电子湮没时间谱(PALS)分析了膜的孔径,结果表明,孔径与反渗透膜的de-b特性有关。利用透射电镜对反渗透膜的表面进行了观察,得到了影响膜透性的一系列参数。在上述成果的基础上,将分子设计技术与反渗透膜脱盐技术相结合,大大提高了反渗透膜的除杂性能和透水性能。在此基础上,创新性地开发了海水反渗透膜,并在阿尔及利亚马格塔海水淡化厂和中国青岛白发海水淡化厂投入使用。利用海水淡化水作为饮用水具有建设性意义。
4反渗透预处理的应用
预处理工艺设计是否合理,是整个反渗透装置成败的关键。只有预处理达到反渗透进水水质要求,才能延长反渗透膜的使用寿命,降低运行成本,保证水流和回收率的稳定。然而,在电厂运行过程中,通常使用含硫干水和煤矿水库水。为了使这种劣质水能够正常使用,需要在生产过程中加入聚合氯化铝进行中和。但是,添加剂的过量使用容易使设备的过滤表面产生大量污垢,影响设备的使用寿命。好在电厂及时发现了这一缺陷,对设备进行了改进,在预处理环节增加了多介质过滤器,改进后的设备使用效率得到了明显提高。
结束语
综上所述,本文先分析反渗透技术的概述,特点及基本原理,进而分析电厂水处理中反渗透技术的应用。在以后的反渗透技术应用中,需要不断加强反渗透膜制造以及工艺设计创新方面的研究,进而提高水处理效率。
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