电厂反渗透及离子交换除盐系统去除水中有机物的试验

电厂反渗透及离子交换除盐系统去除水中有机物的试验

周艳

武汉凯迪水务有限公司湖北武汉430070

摘要：水源中的各种有机污染物会妨碍离子交换系统的处理效果，其中有机物污染中最常见的物质为腐殖酸和富里酸。在除盐水的生产过程中，有多种除盐技术可供选择，经过对反渗透法和全离子交换法除盐技术的初步比较，认为反渗透加离子混合交换器工艺较全离子交换法生产除盐水工艺技术可靠，经济可行。

关键词：反渗透；离子交换；除盐

随着反渗透技术的日趋成熟，运用反渗透设备在锅炉补给水处理中进行预脱盐的电厂越来越多，而与之相匹配的后处理设备仍是传统的离子交换器。由于反渗透设备出水具有一定的特点，这使得应用传统离子交换器作为后续处理设备出现了诸多问题，有必要对之进行改进。

一、反渗透出水的特点

1、原水中的大部分盐份已除去，电导率比较低。一般的一级反渗透出水脱盐率在95%以上，而新投运的反渗透设备出水脱盐率在98%以上。例如发电厂是以地下水作为补给水的，反渗透进水电导率800～900S/cm，出水电导率8～11S/cm。以黄河水作为补给水，反渗透进水电导率1000S/cm左右，出水电导率20S/cm左右。

2、原水经反渗透处理后悬浮物含量降得很低，几乎为0浊度水，对后续的离子交换设备来说可以忽略。反渗透对原水的预处理要求比较严格，反渗透保安过滤器入口水一般要求浊度小于1mg/L，经过保安过滤器又滤去了所有直径大于5m的颗粒，再经过反渗透半透膜的超细过滤几乎成为无浊水。

3、一级反渗透出水不能满足超高压以上锅炉补给水的要求。超高压以上锅炉补给水要求电导率小于0.2S/cm，而一级反渗透出水电导率一般大于1S/cm。归纳起来就是：反渗透出水含盐量比较低且浊度极低，但不能满足作为超高压以上机组补给水的要求，必须进行后续处理。

二、反渗透后续处理工艺

1、二级反渗透处理。二级反渗透可使水质进一步提高，但很难达到电导率小于0.2S/cm，而且二级反渗透处理设备投资大、运行效率低、经济性差。

2、混床处理。中高含盐量水经一级反渗透处理后出水接近一级离子交换处理出水，可以直接进混床处理，出水也能满足要求。但混床处理容量小，树脂再生度低，利用率低，操作复杂，如果反渗透出水水质恶化或不能投运势必引起频繁再生，增加劳动强度，酸碱耗量增大。海水或苦咸水经一级反渗透处理后出水电导比较大，不适合直接进混床。

3、电去离子。此技术目前还处在试验阶段，尚不十分完善，工业中应用很少。

4、一级除盐加混床。采用此种工艺，出水既满足了超高压以上锅炉补给水的要求又避免了混床的高酸碱耗，提高了树脂的利用率，而且在反渗透出水恶化或不能投运时也能很好地完成制水工作，特别是用海水或苦咸水做补给水的尤为必要，故一般反渗透后处理都采用这种工艺。其中逆流再生固定床由于出水水质好、酸碱耗低、技术成熟，成为大多数反渗透后处理的首选。

三、除盐水及除盐技术

用各种处理工艺及设备，把水中的悬浮物、胶体、溶解物质等除去，所制取的产品水，称做除盐水。用户对水质的要求不同，除盐设备及工艺不同，相对产水成本将随之变化。综合考虑，根据设计要求，各用户对除盐水中盐的容忍度不一样。水的纯度越高，其中残留物质越少。实际生产中，由于用户选择水质标准不同，赋予除盐水不同的称呼。例如，蒸馏水是指CD（电导率）≤3／S／cm（25℃）的水；一级除盐水是指CD≤5tS／cm（25℃）、SiO2≤100tLg／L的水；二级除盐水是指CD≤0．2ttS／cm（25℃）、SiO。≤20ttg／L的水；高纯水或超纯水是指CD≤0．2tS／cm（25。C）、Cu、Fe、Na质量浓度小于3／g／L的水。

水对盐的容忍度越大，电阻值越小，其导电能力越强，水中含盐的多少直接体现水导电能力的大小。生产实践中用电导率体现水的纯度。电导率受水温的影响较明显，通常水温上升1℃，电导率增大约2，行业标准或工艺设计产水水质时要标注对应水温下的电导率。25℃时纯水电离的H和oH一所产生的电导率为0．055tS／cm，这也是除盐水纯度的理论极限。

各行业对除盐水的称呼和水质标准还存在一定差异。例如，有的行业将CD<0．1S／cm（25℃）、pH值为6.8～7.0及去除其他杂质和微生物的水称为高纯水。在某些行业，除盐水又称纯水、脱盐水、无盐水和纯化水。我公司锅炉及工艺用水称为脱盐水。

以反渗透膜法首次应用的时间为界，将其以前研究开发及应用于实际的除盐技术称为传统除盐技术，之后的除盐技术称为新兴除盐技术。传统除盐技术成熟，应用范围广，设计及工程经验丰富，主要方法有冷冻法、离子交换法、电渗析法和蒸馏法等。但是，这些技术存在工艺操作繁琐、现场管路复杂、设备检修工作量大和酸碱废水排放量多等特点，正逐步被新兴除盐技术所取代。新兴除盐技术设计自动化控制、现场布置合理、运行维护便捷、对环境危害小，主要方法有反渗透法和电除盐法。

四、离子交换法除盐

作为目前应用较广的传统除盐技术之一的离子交换法除盐，该技术的核心是利用了2类离子交换树脂（简称树脂），一类是阳离子交换树脂（简称阳树脂），另一类是阴离子交换树脂（简称阴树脂）。工业上以合成树脂应用广泛，其为高分子粒状材料，树脂内含有大量能与水中离子起交换反应的物质（称之为可交换离子），阳树脂中可交换离子是H，阴树脂中可交换离子为0H一。所以，盐水依次通过阳树脂层和阴树脂层后，盐水中的阳离子和阴离子依次交换成H和oH一，H与OH一进一步结合成纯水。受离子交换反应平衡的制约，盐水通过上述处理后，仍残留少量盐分。盐水通过树脂层，不断地消耗掉树脂中的H和OH一，树脂最终失去交换能力。通过再生可以恢复树脂的交换能力，工业上用一定浓度的HC1或HSO水溶液与阳树脂接触，用一定浓度的Na0H水溶液与阴树脂接触，以恢复树脂的活性（交换能力）。树脂的可再生特性决定了它可以重复使用。

1、离子交换法除盐的特点

1）利用化学能来实现水与盐分离，即依赖于离子交换反应。

2）通常用来处理含盐质量浓度低于500mg／L的原水；含盐量更高的水，用反渗透法除去95%以上盐类后，再用离子交换法深度除盐。

3）是目前除盐较彻底的水处理技术，除盐率可达99．99%。因此，常作为生产纯水、超纯水、电子级水的终端除盐技术。

4）由于再生频繁，产生较多的酸碱废水。

5）水回收率大约为90%。

6）同电渗析技术结合产生了EDI技术。

2、采用浮动床工艺进行反渗透后处理。由于反渗透出水的特点，后处理可采用浮动床处理工艺，浮动床除了有逆流再生固定床所具有的优点即出水水质好、酸碱耗低外，运行流速也比逆流再生固定床大，床体树脂层自然填满，提高了床体空间利用率，同样直径与高度的床体，浮动床要比逆流再生固定床出力大得多。浮动床的主要缺点是需要进行体外反洗，这就需要增加体外反洗设备与树脂传输系统。由于反渗透出水浊度非常小，这样就可大大减少树脂传出次数，所以反渗透后处理采用浮动床工艺应该是比较合理的。浮动床除了需要体外反洗外，还有一个缺点是不适合频繁起停，正是这两个因素制约了浮动床的普及与推广，需进一步改进。

一般反渗透后处理设备及工艺中存在的问题及改进进行了分析，实际运用中必须结合具体水质进行处理。因为反渗透处理将生水中的盐份按一定比例除去，因此进水水质不同，出水水质差别也很大。当反渗透进水分别为低含盐量、中高含盐量、苦咸水及海水时，后处理设备及工艺选择与设计上必须作出相应考虑，以达到设备结构合理、工艺简单、处理效果良好、造价低、运行经济的目的。

参考文献

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［2］吴秀芳．反渗透工艺对水中有机物的去除研究［D］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015：25－33．

［3］吴春华，陈震．反渗透与常规水处理工艺有机物去除特性的对比研究［J］．上海电力学院学报，2012，28（6）：549