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1、反渗透膜在锅炉补给水和冷却水处理中应用有哪些？1. 核电站海水淡化系统在美国第一次将海水反渗透设备应用于锅炉给水的例子是太平洋气体和电力（PG&E ）公 司的Diablo Canyong核电站。该厂的装机容量为2200MW,位于沿太平洋加利福尼亚中 部海岸，靠近San Louis Obispo城。该反渗透系统由海德能公司（Hydranautics ）于1985 年安装和投入运转,自那时起已连续运行至今。当海水用于反应器冷却时，需向系统补水以供锅炉及其它用途，如生活用水和消防用水。 Diablo 河是主要补水水源，但却不能长年供应。同时， PG&E 选择了海水反渗透脱盐装置 作为最佳方案，利用该
2、装置，向该工厂供应补充水。海德能公司做为反渗透装置的供应商 负责提供一套日产水量为2200m3的海水淡化反渗透装置并承担安装、维护及运行服 务。Diablo Canyong 核电站反渗透装置设计为两级水处理系统 （ 产水再处理 ） ，其流程如图 1、 2所示。主要设计参数见表1 。图 1 Diablo Canyong 核电站反渗透预处理流程Diablo Canyong 核电站反渗透预处理流程 图2 Diablo Canyong核电站反渗透系统 is水逆入遍革小于COOp pm輻密过施器小干 iOtJapm产品水箱二级反憑逶裝査反潘透装舌产甜小 于 B&LppmHDiablo Canyong 核
3、电站反渗透系统给水 水质 取水方式 温度35600 ppm TDS由海水吸取10 C产品水 水质 出力 水回收率V 350 ppm TDS 2180 m3/d 0.45操作条件第一级压力第一级回收率第二级压力 第二级回收率70 bar 50% 25 bar 90%总脱盐率 99%预处理系统包括第一级及第二级压力过滤器、紫外杀菌仪和精密过滤器，海水从进水口泵入 水箱。为了改善过滤效果，将凝聚剂和聚合电解质加在第一级过滤器的进口。将有机阻垢剂加在过滤后的水中以防止钙盐沉积在膜元件表面上。过滤后的水送入紫外杀菌 仪和精密过滤器。系统设有间断加氯装置，但必须在把给水送入反渗透系统前用亚硫酸氢钠 把余氯
4、还原掉。采用两级反渗透设备透是为了提高产水的质量和考虑到生产的灵活性。预处理后的海水加压 到70bar，并送到第一级海水反渗透系统。该系统的回收率一般为50%,每天生产含盐量 小于 600ppm TDS 的脱盐水 2420m3。Diablo Canyong核电站的第二级反渗透系统是高回收率的脱盐系统。该系统的给水压力为 25bar，回收率一般为90%。反渗透系统以第一级产水为其给水，处理能力可达到1550m3/d。 苦咸水反渗透系统的产品水含盐量通常小于100ppm。第一级和第二级产水混合后就能生产 不同数量和质量的水。该灵活性可允许业主在降低生产的情况下获得高质量的产水，或在设 计通量下产出
5、较多的水。Diablo Canyong核电厂海水反渗透系统的运行是非常成功的。大部分时间工厂无需按每天2180m3 出力运行，然而当需要时，也可超过设计出力工作。这是由于两级设计的灵活性所 致。2. 锅炉冷却水的零排放系统Bayswater / Liddell 电力联合企业有在南半球最大的反渗透系统。该反渗透系统用于控制一 个大型零排放系统的冷却水的化学工况。Bayswater / Liddell火力发电厂位于澳大利亚新南威尔士的Hunter Valley，总装机容量为 4640 MW,它包括于1971年投产的Liddell电站2000MW ( 4x500MW ),和1986年投产 的Bays
6、water电站264MW ( 4x66MW )。该联合企业是世界上最大的零排放水系统之为达到”零排放“，每年必须将大约24000吨的溶解盐从电力联合企业的水系统中除掉。完成 该项任务的处理系统实际上是一个设计和操作方面的典范。该水处理系统主要包括以下工艺 流程：传统的石灰软化双介质过滤用离子交换法降低碱度反渗透曝晒蒸发池蒸汽压缩蒸发器Bayswater / Liddell 电厂冷却废水处理系统的示意流程见图3 。两台大型抛物面的湿式冷却 塔用于冷却发电站的冷凝器。由于水的蒸发和泄露损失，将会增加冷却水主回路的总含盐量， 因而必须补充新水和将部分循环冷却水脱盐，以保持主冷却水回路的适当化学工况。
7、冷却塔 中的水化学成分最大级限值见表2。图3 Bayswater 电厂冷却水处理系统Bayswater 电厂冷却水处理系统表 2 冷却水极限值pH值朗格利尔指数钙(mg/l)硫酸盐(mg/l)硅(mg/l) TDS (mg/l)极限值 78.5 1 170 1200 150 2500冷却水控制系统的主要设备为采用弱酸离子交换器降低碱度和使用石灰软化及反渗透降低 总含盐量。此外，从每个主要流程中来的浓缩水或排水在一个公共的水回收厂进行处理。水 回收厂由蒸汽压缩蒸发器和曝晒池组成。2.1 降低总含盐量系统的设计 本论文将着重论述反渗透系统的设计和操作问题。该系统用于控制冷却水回路的旁流处理中 的总
8、溶解固形物(TDS)的含量。脱盐系统的流程主要包括石灰软化澄清池，过滤器和反渗透 设备。反渗透系统前的预处理为传统的石灰/苏打软化澄清池，共有四台设备，每台出力为每小时 400m3。采用添加石灰和苏打粉进行部分软化。总硬度大约降低60%,二氧化硅大约降低 50%。氧化铁在澄清设备中作为助凝剂。澄清池的出水用双介质过滤器进行过滤，除掉悬浮 物。进入过滤器之前要添加硫酸，将pH值降至7左右。过滤后的水集中到清水池内，再泵入反渗透系统。化学处理包括加阻垢剂、加酸和氯，以控 制膜的潜在生物污堵。 Bayswater / Liddell 厂的反渗透系统由八个系列组成，每个系列的给 水流量为185m3/h
9、。每个系列的排列为1684,使用168个海德能公司生产的 8540-MSY-CAB2型的醋酸纤维膜。每台设备的设计回收率为82.5%。产品水流量为 152m3/h，浓水流量为33m3/ho运行时设备回收率为7590%。该系统选用了醋酸纤维膜 是因为它的耐氯性能好和许多废水处理系统中得到证实的耐污染性强。醋酸纤维膜的耐氯性能对系统十分重要，因为该系统的进水水质与在北美的许多地方相类 似，水源的生物活性较高。运行结果表明，在 Bayswater / Liddell 厂的反渗透系统从来未 出现过生物污堵问题。2.2 反渗透系统的性能反渗透系统对TDS的去除率极好。运行初期的脱率约为99%,比预计的要
10、好。该厂10多 年的运行情况均优于预想。这10多年中更换了两次反渗透膜，也好于预计的更换次数。反 渗透系统的给水量一般均在规定范围之内，给水的TDS的平均值为2200ppm。产品水水质 由TDS小于100ppm逐渐增加到膜更换前的约250ppm。当八台设备均运行时浓水总流量 为每小时260m3,浓水中TDS含量超过10000ppm。通过反渗透系统去除掉的总盐量每天 超过 60 吨，每年超过 2 万吨。3. 锅炉补给水系统1989年在美国中西部的一个热电厂中投运了锅炉补给水处理装置，其产水供应操作压力为 52kg/cm2的锅炉，由于工厂规模的不断扩大，对纯水的需求已增至目前的410m3/h。早在
11、 1989 年计划对装置增容时，设备工程师们就开始考虑是选用阴阳床系统还是选用反渗透系 统，并对反渗透与离子交换法进行了详细对比(表3)。对比结果表明，反渗透系统与阴阳床 系统相比，其产水水质相当，设备投资相当，而运行费用降低一半左右，并且不需要使用大 量的有害化学物质，加上考虑到市政当局对离子交换再生废液处理及排放的限制，厂方最终 选用了海德能公司的反渗透系统，并于1993 / 1994年进行了一次较大的设备扩容，新增产 水量 290m3/h。表3反渗透系统与阴阳床系统的比较(290m3/h) 比较项目 反渗透系统 阴阳床系统设备费四组反渗透装置 830000一个570m3的储水箱20000
12、0一个反渗透清洗滑架 25000五组阴阳床 800000 一组化学药品存贮系统 150000 一组中和系统 80000设备总投资 1055000 1030000单位产水量设备费$0.57/加仑天（约合RMB29500元/m3.h） $0.56/加仑天（约合 RMB28800 元/m3.h）年运行费用电费（8 美分/kwh ） 152000 27000阻垢剂 （ 1.65美元/磅 ） 27000 硫酸 （ 4美分/磅 ） 101000 氢氧化钠 （ 8 美分/磅 ） 202000 年运行费用 170000 330000 每1000加仑产水的运行成本$0.25 （约合RMB0.535元/m3） $
13、0.49 （约合RMB1.049元 /m3）图4为两种方案的主要流程，在反渗透设计方案中使用了四套反渗透装置，每套装置出力 为系统总出力的25% （ 72.5m3/h ），同时还配有一容积为570m3的储水箱，该储水箱可贮 存8个小时的供水，表3-2给出反渗透装置三年后的运行参数。图 4 反渗透系统与阴阳床系统流程反渗透系统与阴阳床系统流程在离子交换方案里使用了5套阴阳床系统，每套出力为系统总出力的25% ，并带有酸碱贮 存系统及再生废液中和系统。由于阴阳床需要频繁再生，因而设计时使用了5套装置。直到1994年为止，反渗透装置的运行极好，一年中只进行一次化学清洗，而且这种清洗并 非出于系统本身
14、的需要，只是作为一个日常工作来完成，但在1994年系统扩容后出现了一 些问题。由于现存的水并不能满足水量要求，因而在新的蓄水层中钻探了新的水井，新水井 深大约为515m，但由于井水水质不好，这些井却成了结垢和污堵的根源，更令人难以置信 的是，这些井水还是细菌的来源，从而造成预处理及反渗透系统的严重生物污染，曾经考虑 对这些井水进行加氯处理，但由于这些井水中含有大量的溶解铁离子，如果用氯气氧化时它 们就会转化成胶体铁，而这些胶体铁是现存的多介质过滤器所无法去除的，由于还没有一种 非氧化性杀菌剂已得到FDA的同意可使用在食品工艺中，因而也排除了使用非氧化杀菌剂 的可能。还由于系统中使用了聚丙烯酰胺
15、，因而高的铁含量也引起了RO膜的聚合物污染； 同时新井水中钡含量过高，超出了阻垢剂的有效阻垢范围，因而不能不在运行操作时降低 RO 系统水回收率。为了最终解决上述所有问题，对预处理设备作了一系列的改造，这些改 造主要包括使用石灰软化以减少钡、铁的含量并杀灭细菌，有时也使用FDA同意的带有阻 垢剂特性的铁分散剂。在系统投运初期由于运行人员缺乏训练，也曾出现一系列问题，如预 处理系统故障，或由于未作运行数据标准化因而不能尽早发现污染趋势而造成系统污堵，或 者反渗透系统误操作等等。随着运行管理水平的提高，这些问题逐步得到了改善，目前该厂 反渗透系统运行正常。4. 结束语锅炉给水和冷却处理中的反渗透膜技术应用已经日益普及，它可给用户带来巨大经济效益和 社会效益。上述三个典型系统的长期运行结果表明，只要设计和操作维护适当，反渗透系统 是可以连续稳定运行的，今日的膜技术已经能够满足大型锅炉水处理系统要求的可靠性和耐 久性。陶氏反渗诱膜东丽反渗诱R0膜,R0反渗透膜价格
