火力發(fā)電廠廢水處理中新型膜分離技術(shù)應(yīng)用研究

摘 要：本文研究火力發(fā)電廠廢水處理中新型膜分離技術(shù)應(yīng)用。配制火力發(fā)電廠的廢水水樣，應(yīng)用新型膜分離技術(shù)中的正滲透膜分離技術(shù)處理廢水水樣；測(cè)定水通量、鹽通量、離子截留率作為試驗(yàn)指標(biāo)。隨著進(jìn)水pH值增大，鹽通量和水通量均先增加后降低，而離子截留率不斷下降；隨著溫度升高，鹽通量、水通量和離子截留率均不斷上升。由此可知，當(dāng)進(jìn)水pH值為7、溫度為45℃時(shí)，火力發(fā)電廠廢水處理中新型膜分離技術(shù)應(yīng)用效果最佳。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；廢水處理；新型膜分離技術(shù)；應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：X 703" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)試劑與儀器

本次火力發(fā)電廠廢水處理試驗(yàn)中所使用的主要材料[1]如下：氯化鈉（太華風(fēng)化工，分析純）；碳酸鈣（太華風(fēng)化工，分析純）；鹽酸（太華風(fēng)化工，分析純）；氫氧化鈉（太華風(fēng)化工，分析純）；氫氧化鉀（太華風(fēng)化工，分析純）；過(guò)硫酸鉀（太華風(fēng)化工，分析純）；三乙醇胺（太華風(fēng)化工，分析純）；無(wú)水碳酸鈉（太華風(fēng)化工，分析純）；鈣-羧酸指示劑（吉滿生物，分析純）。

本次火力發(fā)電廠廢水處理試驗(yàn)中所使用的主要儀器見(jiàn)表1[2]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 配制火力發(fā)電廠廢水水樣

為了實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠廢水處理中新型膜分離技術(shù)的應(yīng)用，本次試驗(yàn)需要根據(jù)火力發(fā)電廠實(shí)際排放情況，配制相應(yīng)的廢水水樣[3]。試驗(yàn)依托某火力發(fā)電廠的排污廢水，其水質(zhì)分析見(jiàn)表2。

在確定參考火力發(fā)電廠廢水水樣的成本與濃度后，即可進(jìn)行試驗(yàn)廢水水樣的配制。首先，采用純凈水作為基礎(chǔ)溶液，按照表2所示各組分濃度確定配制比例，逐一添加相應(yīng)的化學(xué)試劑，添加過(guò)程中注意控制試劑的添加速度，避免有害物質(zhì)泄漏。其次，將混合溶液放入電磁攪拌箱中進(jìn)行攪拌，待溶液均勻混合在一起后，根據(jù)實(shí)際需要，采用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)廢水水樣的pH值，以完成廢水水樣的配制工作。最后，對(duì)廢水水樣進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，觀察水樣在一段時(shí)間內(nèi)（24h）各組分濃度的變化情況。如果發(fā)現(xiàn)濃度波動(dòng)較大，就需要對(duì)配制方法進(jìn)行調(diào)整，以提高水樣的穩(wěn)定性。在確保水樣穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)后，就可以展開(kāi)本次火力發(fā)電廠廢水處理試驗(yàn)。

1.2.2 應(yīng)用正滲透裝置處理廢水水樣

結(jié)合火力發(fā)電廠廢水水樣的特點(diǎn)與廢水處理的實(shí)際情況，為彌補(bǔ)傳統(tǒng)膜分離技術(shù)的不足，本文引入正滲透膜分離技術(shù)來(lái)處理廢水[4]。正向滲透膜裝置的設(shè)計(jì)是本次火力發(fā)電廠廢水處理的關(guān)鍵，本次試驗(yàn)采用的正滲透裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，整個(gè)正滲透裝置采用數(shù)控程序進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控。其中，正滲透膜采用雙對(duì)稱通道設(shè)計(jì)，具體尺寸為100mm×40mm×3.6mm，確保廢水水樣可以在通道內(nèi)順著膜面流動(dòng)。與此同時(shí)，在廢水水樣汲取液下方設(shè)置電磁攪拌箱，以控制汲取液的混合狀態(tài)，其攪拌汲取液速度和配制廢水水樣的速度保持一致。在試驗(yàn)過(guò)程中，分別在正滲透膜片兩側(cè)放置原始廢水水樣和處理后的汲取液，讓二者沿相同方向進(jìn)行循環(huán)錯(cuò)流，速度為800mL/min。針對(duì)試驗(yàn)溫度的控制，本文在正滲透裝置整體結(jié)構(gòu)中設(shè)置電導(dǎo)電極，以監(jiān)控溫度變化數(shù)據(jù)，并設(shè)置恒溫水箱，以調(diào)控試驗(yàn)溫度?；谏鲜稣凉B透裝置分離處理火力發(fā)電廠廢水水樣的具體流程如下：在本次試驗(yàn)正式開(kāi)始前，先進(jìn)行管路清洗，這里本文主要采用去離子水清洗管路，確保管路清理干凈并排空去離子水和空氣后，將氯化鈉溶液當(dāng)作電解液引入正向滲透膜裝置結(jié)構(gòu)中，促使正向滲透膜片壓緊，即可通過(guò)電解質(zhì)溶液對(duì)廢水水樣進(jìn)行分離，在此過(guò)程中嚴(yán)格控制試驗(yàn)溫度與流速，并通過(guò)電腦實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在應(yīng)用正向滲透膜裝置處理完火力發(fā)電廠廢水的水樣后，將膜組件拆除并清理好管路，以便更換工況或者用于下次試驗(yàn)中。

1.2.3 試驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定

在根據(jù)文中上述內(nèi)容完成火力發(fā)電廠廢水水樣的處理工作后，需要檢測(cè)一系列水質(zhì)指標(biāo)（例如水通量、鹽通量、離子截留率等），以此判斷新型膜分離技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果[5]。水通量作為衡量膜分離性能的關(guān)鍵參數(shù)，是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位膜面積的水量，具體計(jì)算公式如公式（1）所示。

（1）

式中：η1為正滲透水通量；V為正向膜的滲透水量；S為滲透膜面積；t為滲透時(shí)間。

鹽通量是評(píng)價(jià)膜對(duì)溶解性鹽類截留能力的重要指標(biāo)，具體計(jì)算公式如公式（2）所示。

（2）

式中：η2為正滲透鹽通量；Q1為滲透液中鹽濃度。

離子截留率反映了膜對(duì)特定離子的去除能力，具體計(jì)算公式如公式（3）所示。

（3）

式中：η3為正滲透膜的離子截留率；Q2為滲透液中的離子濃度；Q3為原始廢水水樣中離子濃度。

對(duì)上述水通量、鹽通量以及離子截留率等指標(biāo)進(jìn)行精確測(cè)定，能夠全面評(píng)估本次試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而分析新型膜分離技術(shù)在火力發(fā)電廠廢水處理中的實(shí)際效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)水pH值對(duì)正向滲透膜運(yùn)行效果的影響

為確定新型膜分離技術(shù)中正滲透膜技術(shù)處理火力發(fā)電廠廢水的最佳進(jìn)水pH值參數(shù)，本章將在進(jìn)行不同pH值下展開(kāi)正滲透膜分離廢水水樣的試驗(yàn)，并分別對(duì)不同進(jìn)水pH值下水通量、鹽通量以及離子截留率這3個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行分析。

2.1.1 水通量

本次試驗(yàn)共設(shè)定了多個(gè)進(jìn)水pH值（5、7、9），分別測(cè)量并計(jì)算不同pH值廢水水樣在新型膜分離過(guò)程中的水通量的變化情況，具體結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨著正滲透裝置運(yùn)行時(shí)間的不斷推進(jìn)，正向滲透膜水通量呈逐漸下降的狀態(tài)，且下降幅度越來(lái)越低，直至趨于穩(wěn)定狀態(tài)。與此同時(shí)，當(dāng)進(jìn)水pH值為5時(shí)，水通量下降較快，且最終穩(wěn)定值較低；隨著pH值達(dá)到7時(shí)，水通量的下降速度逐漸減緩，穩(wěn)定值也有所提高；當(dāng)pH值為9時(shí)，水通量的下降趨勢(shì)又變得明顯，穩(wěn)定值也較低。這表明火力發(fā)電廠廢水水樣的pH值對(duì)正向滲透膜水通量具有顯著影響，本文所應(yīng)用的新型膜分離技術(shù)下最佳廢水進(jìn)水pH值為7。這可能是由于不同pH值條件下，廢水中的離子形態(tài)和電荷分布發(fā)生變化，從而影響了水分子與膜材料之間的相互作用，進(jìn)而影響了水通量。

2.1.2 鹽通量

不同進(jìn)水pH值下新型膜分離技術(shù)的鹽通量變化情況如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)進(jìn)水pH值較低時(shí)，鹽通量相對(duì)較低，且隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，鹽通量呈現(xiàn)較明顯的下降趨勢(shì)；隨著pH值增加，鹽通量逐漸上升，且隨時(shí)間推移不斷下降；然而，當(dāng)pH值過(guò)高時(shí)，鹽通量又呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)。由此可以說(shuō)明，在不同pH值條件下，鹽通量的變化趨勢(shì)和穩(wěn)定值存在顯著差異，pH值為7時(shí)鹽通量達(dá)到最高。

2.1.3 離子截留率

不同進(jìn)水pH值下火力發(fā)電廠廢水水樣中各離子截留率見(jiàn)表3。

由表3可知，進(jìn)水pH值對(duì)火力發(fā)電廠廢水水樣中各離子的截留率具有顯著影響。隨著進(jìn)水pH值不斷增加，各離子截留率呈不斷上升的趨勢(shì)，且陰離子截留率普遍比陽(yáng)離子截留率更高，其原因是陽(yáng)離子具有競(jìng)爭(zhēng)吸附機(jī)制，導(dǎo)致截留率較低。因此，綜合水通量、鹽通量和離子截留率這3個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)得出，正向滲透膜技術(shù)處理最佳火力發(fā)電廠廢水時(shí)最佳進(jìn)水pH值為7。

2.2 溫度對(duì)正向滲透膜運(yùn)行效果的影響

為確定新型膜分離技術(shù)中正滲透膜技術(shù)處理火力發(fā)電廠廢水的最佳溫度參數(shù)，本章將在不同溫度下展開(kāi)正滲透膜分離廢水水樣的試驗(yàn)，并分別對(duì)不同溫度下水通量、鹽通量以及離子截留率這3個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行分析。

2.2.1 水通量

本次試驗(yàn)共設(shè)定了多個(gè)試驗(yàn)溫度值（15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃），分別測(cè)量并計(jì)算不同溫度下正向膜水通量的變化情況，具體結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨著溫度升高，正向膜水通量呈不斷增加的趨勢(shì)，這主要是因?yàn)樵谳^高溫度下，廢水中的離子和水分子的運(yùn)動(dòng)速度加快，導(dǎo)致更多的離子和水分子能夠穿過(guò)膜層，從而提高了水通量。在新型膜分離技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，可以將操作溫度控制為45℃，以便取得最佳的火力發(fā)電廠廢水處理效果。

2.2.2 鹽通量

不同試驗(yàn)溫度下新型膜分離技術(shù)的鹽通量變化情況如圖5所示。

由圖5可知，隨著溫度升高，正向膜鹽通量呈不斷增加的趨勢(shì)，當(dāng)溫度達(dá)到45℃時(shí)，新型膜分離技術(shù)鹽通量達(dá)到最大。這主要是因?yàn)闇囟壬邔?dǎo)致膜孔徑變大或膜表面的電荷狀態(tài)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致鹽通量增加。

2.2.3 離子截留率

3個(gè)代表試驗(yàn)溫度下火力發(fā)電廠廢水水樣中各離子截留率見(jiàn)表4。

由表4可知，隨著溫度升高，正向膜離子截留率越來(lái)越大，這表明高溫條件下，膜對(duì)離子的截留能力加強(qiáng)，導(dǎo)致更多的離子被膜層截留。在實(shí)際應(yīng)用中，可以將新型膜分離技術(shù)的操作溫度控制為45℃，以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中特定離子的有效截留。因此，綜合水通量、鹽通量和離子截留率這3個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)得出，正向滲透膜技術(shù)處理最佳火力發(fā)電廠廢水時(shí)最佳溫度為45℃。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文為探討火力發(fā)電廠廢水處理中新型膜分離技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，以進(jìn)水pH值和操作溫度為變量開(kāi)展正向膜分離廢水試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：不同進(jìn)水pH值和操作溫度下雙向膜分離技術(shù)處理廢水的效果各不相同，當(dāng)進(jìn)水pH值為7、操作溫度為45℃時(shí)，實(shí)現(xiàn)最佳的廢水處理效果，根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果，可以得到新型膜分離技術(shù)的最佳操作條件，將有助于為火力發(fā)電廠廢水處理提供更全面和深入的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]祁偉健，張勝寒，王若彤，等.正滲透膜研究進(jìn)展及其在電廠水處理中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工，2022，42（1）：85-89.

[2]劉卜玲.全膜分離技術(shù)及其在電廠化學(xué)水處理中的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備， 2022（6）：177-178.

[3]張玉，張春霞，汪斌，等.新型膜分離技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用[J].節(jié)能與環(huán)保， 2019（4）：2.

[4]郭江源，張志勇，姜冉，等.火力發(fā)電廠碳捕集技術(shù)探討[J].設(shè)備管理與維修， 2023（1）：105-107.

[5]劉堅(jiān)，劉滸辰，周小根.火力發(fā)電廠的廢水處理及其回用技術(shù)[J].能源研究與管理， 2019（1）：3.