电厂水处理中的反渗透技术研究

电厂水处理中的反渗透技术研究

韩子罡

大唐国际发电股份有限公司陡河热电分公司

摘要：在全球范围内，随着工业化进程的加快和环境保护意识的增强，电厂水处理技术受到了前所未有的关注。特别是在水资源日益紧张的背景下，高效、节能的水处理技术成为电力行业可持续发展的关键。在众多水处理技术中，反渗透技术以其高效的脱盐能力、较低的能耗和较小的环境影响，成为电厂水处理中的重要技术之一。本文旨在探讨电厂水处理中反渗透技术的应用、挑战及其解决方案，以期为电力行业的水资源管理提供新的思路和方法。

关键词：电厂；水处理；反渗透技术

引言：

反渗透技术的核心在于利用半透膜对溶液中的溶剂和溶质进行选择性分离。在电厂水处理中，这种技术主要用于去除水中的盐分、重金属、有机物等污染物，以满足锅炉补给水、冷却水等的高质量标准。相较于传统的离子交换、沉淀等水处理方法，反渗透技术具有操作简便、处理效率高、适应性强等优点，但也面临着膜材料选择、系统能耗、污染物处理等挑战。

一、反渗透技术原理

反渗透是一种利用半透膜的选择性透过性质，来达到分离溶液中溶剂和溶质的技术。其工作原理基于渗透压的原理，即在自然状态下，纯溶剂会通过半透膜自低浓度向高浓度溶液渗透，直到两边的浓度达到平衡。反渗透技术通过外加压力，迫使溶液中的溶剂逆向通过半透膜，从而达到去除溶液中溶质（如盐分、细菌、病毒、重金属离子等）的目的。半透膜是反渗透系统的核心，它决定了系统的分离效能和应用范围。这些膜通常由多层薄膜复合而成，具有高度的选择性，能够阻挡大分子或离子通过，而允许水分子通过。半透膜的材料、结构和性能直接影响到反渗透技术的去除率、水通量和能耗。原水首先经过预处理，包括过滤、软化、去除悬浮物和有机物等步骤，以减少半透膜的污染和阻塞。预处理后的水被泵入反渗透装置，在高压作用下，水分子通过半透膜，而溶质（如盐分）被截留在膜的一侧，从而获得去离子的水。反渗透后的水可能需要通过后处理调整水质，例如pH值调整、消毒等，以满足特定的用水标准[1]。

二、 电厂水处理中的反渗透技术应用策略

（一）稳定性分析

反渗透系统的稳定性直接影响到水处理效果和系统运行成本。一个稳定的反渗透系统能够保持较长时间的高效运行，减少维护和更换部件的频率，从而降低运行成本。稳定性差的系统则会导致膜的过早老化或损坏、出水质量波动大等问题，增加系统的运行和维护成本。在本次分析中，试验装置的给水压力保持在0.8MPa，流量控制在1.2m³/h，温度约为25℃。这样的设置旨在模拟实际运行中的标准条件，从而观察反渗透系统在相对标准化条件下的表现。试验结果表明，在开机后，系统中的膜通量不够稳定，呈现出逐渐减小的趋势。这主要是因为反渗透膜在初始阶段可能会有一定的“适应期”，在此期间，膜面上可能会积累一些溶解物质，导致其性能逐渐降低[2]。经过约150分钟的运行后，膜通量趋于稳定，这表明系统已经达到了一个相对稳定的运行状态。系统的回收率对反渗透系统的稳定性有显著影响。回收率的增加意味着系统中的溶质浓度增高，进而导致渗透压的增加。这种情况下，膜通量会不断减小，因为需要更大的压力来克服更高的渗透压。此外，随着回收率的增加，浓水侧离子浓度的增加也会导致出水电导率的增加。但如果操作参数保持稳定，出水电导率在一定程度上也会保持稳定，不会因为运行时间的增加而发生大的波动。尽管通过控制操作条件（如压力、流量和温度）可以在一定程度上维持系统的稳定性，但反渗透系统在长期运行过程中仍会面临诸如膜污染、渗透性能下降等问题。因此，定期的系统维护和膜清洗变得至关重要。此外，采用高质量的反渗透膜和优化系统设计也是提高系统稳定性和延长运行周期的有效方法。

（二）PH值的影响

在反渗透水处理过程中，pH值是影响膜通量的重要因素之一。通过对单支反渗透膜在给水压力0.8MPa、流量1.2m³/h和回收率约为15%的条件下进行的试验，我们可以深入探讨pH值对膜通量的影响及其背后的机理。试验表明，在pH值处于6.0到8.5区间时，反渗透膜的通量受到pH值的明显影响。当pH值增加时，膜通量同样增加。这一现象的原因主要在于，随着pH值的升高，膜表面荷电基团的静电排斥效应增强。这种静电排斥减少了膜孔隙中离子和其他溶质的聚集，从而降低了渗透阻力，使得水分子更容易穿过膜。特别是在pH值为6.5到7.0之间，这种影响尤为明显；而当pH值处于7.0到7.5区间时，膜通量的增幅逐渐放缓。这表明膜通量对pH值的敏感性在某种程度上是有限的，当pH值超过7.5后，膜通量基本达到最高水平，再进一步增加pH值，膜通量的提升幅度将会减小。除了pH值，温度也是影响膜通量的关键因素。通常情况下，温度的升高会导致反渗透膜通量的增加。这是因为，随着温度的升高，溶液的黏度降低，水分子的运动加快，增加了水分子通过反渗透膜的速率。同时，高温可能会使膜的孔隙率增加，进一步促进了水分子的通过。

（三）渗透膜防腐蚀处理

进水水质的控制是防止膜受损的前提。通过控制进水温度在23-27℃之间，水压在1.05MPa以上，以及pH值在4.0-11.0之间，可以有效减少膜受到的化学和物理损伤。这些参数的设定基于膜材料的化学稳定性和物理耐受性，旨在为膜提供一个较为理想的运行环境。特别是pH值的控制，不仅影响膜的脱盐率和通量，还直接关系到膜材料的稳定性。过高或过低的pH值都可能加速膜的老化过程，影响系统的长期运行效率。预处理环节是保护膜不受损伤的重要步骤。通过盘式过滤和超滤等物理过滤方法降低进水的浊度至0.5NTU以下，以及控制余氯浓度不超过0.1ppm，能有效防止膜面的污染和生物附着，减轻膜的污染负担。对于微生物的控制，虽然水源中微生物含量不高，不必采取连续杀菌措施，但在停运阶段使用阻垢剂进行冲洗，定期使用甲醛溶液进行消毒，可以有效防止微生物生长，维持膜的清洁状态。浓水侧结晶和水垢的形成是影响膜性能的另一个关键因素。碳酸盐和硫酸盐的析出不仅会降低膜的脱盐率，还会物理损伤膜结构，长期累积还可能导致膜严重损坏。通过添加适量的阻垢剂，可以有效控制pH值和水垢的形成，保护膜不受化学腐蚀和物理堵塞的影响。此外，醋酸纤维素膜因其成本低廉和较高的脱盐率而被广泛应用。但其化学稳定性和抗污染能力相对较低，因此对预处理和运行过程中的水质控制要求更为严格。

结束语：

随着技术进步和材料科学的发展，反渗透技术在电厂水处理中的应用越来越广泛。通过对反渗透系统的优化设计、运行参数的精细调控以及膜材料的改进，可以有效提高水处理效率，降低系统运行成本。此外，结合预处理和后处理技术，不仅可以延长反渗透膜的使用寿命，还能进一步提升水质，满足电厂更为严格的水质要求。

参考文献：

[1]段丽璇. 关于电厂化学水处理中反渗透膜技术的运用研究 [J]. 清洗世界, 2023, 39 (11): 13-15.

[2]游桦. 反渗透膜技术在电厂化学水处理中的应用 [J]. 中国高新科技, 2023, (18): 93-94+97.