工业锅炉补给水的膜处理研究

日期:2018/11/24类型:技术文章

  锅炉给水水质的好坏与锅炉的安全、经济运行息息相关。未经处理或处理不当的给水,易造成锅炉结垢。锅炉结垢不仅会降低锅炉热效率、浪费燃料、降低锅炉出力,甚至有可能导致管道堵塞及爆管,造成锅炉事故,危及人员及生产安全[1]。因此,要对锅炉给水进行处理,且处理过的水质应符合《工业锅炉水质》(GB 1576—2008)中的规定,其中硬度、电导率、浊度和pH是重要的给水指标。
  反渗透膜技术是20世纪60年代初发展起来的新兴膜分离技术,它是在常温下,以膜两侧的压力差为动力,实现对溶质和溶剂的分离、纯化,是目前应用较为广泛的一种水处理技术。纳滤膜[2]是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术,它可以除去直径为1 nm左右的颗粒,截留相对分子量范围为200~1 000。
  在试验研究过程中,利用多功能膜分离设备对锅炉给水进行处理,按工业锅炉水质要求对原水、膜设备出水的硬度、电导率、浊度、pH水质指标进行测定、分析,探索各种膜处理锅炉用水的优势与不足,并提出了今后的开发设想。

 
  1 实验部分
  1.1 水源与水质
  实验用水采用某企业厂房内的自来水和地下井水。自来水与井水的水质情况见表1。
  从表1中可以看出,除pH值外,自来水和井水的硬度、电导率、浊度值均高于蒸馏水,且井水最高,因此需要对锅炉给水进行膜处理分析。
  1.2 实验设备
  SJM-DGN型多功能膜分离设备(合肥世杰膜工程有限责任公司),PHS—3C精密pH计(上海雷磁分析仪器厂),DDSJ—308 A型电导率仪(上海雷磁分析仪器厂),DJS—1C型铂黑电极(上海精密科学仪器有限公司),SZG—50 A浊度计(上海悦丰仪器仪表有限公司)。
  1.3 工艺流程
  膜分离技术处理系统工程设计的工艺流程简图如图1所示。
  1.4 实验检测方法
  1.4.1 硬度的测定[3] ——采用EDTA滴定法
  硬度(YD)的含量按式(1)计算:
  YD=CEDTA×VEDTA/Vs×103 mmol/L(1)
  式中:CEDTA为标准溶液浓度,mol/L;VEDTA为滴定时所耗EDTA标准溶液的体积,mL;Vs为水样体积,mL。
  1.4.2 电导率的测定[3]
  取50~100 mL水样(温度为25 ℃±5 ℃)放入塑料杯或硬质玻璃杯中,将电极用被测水样冲洗2~3次后,浸入水样中进行电导率测定,重复取样测定2~3次,测定结果读数相对误差在±3%以内,即为所测的电导率值。
  1.4.3 pH值的测定
  使用精确pH计测定水样的pH值。
  1.4.4 浊度的测定
  使用浊度仪测定水样的浊度。
  2 实验结果与分析
  在实验中,主要检测指标为膜通量(L·m-2·h-1)、浊度(NTU)、总硬度(mmol/L)、电导率(μS/cm)、pH值,并对其实验结果进行分析。
  2.1 膜通量
  膜通量[4]是指在一定温度和跨膜压差(浓缩液与透过液出口间的压力差)下,膜对溶剂的透过能力,单位时间、单位膜面积溶剂的透过体积即为该膜的膜通量,单位为L·m-2·h-1。
  计算公式为JV=V/(At)。其中:JV为纯水通量,V为在时间t内透过液的体积(L),A为膜有效面积(m2),t为时间(h)。
  2.1.1 锅炉补给水通过不同膜的膜通量
  当进膜压力为11.4 MPa、水通过膜流速为34 LPM和频率为39.0 Hz时,自来水、井水通过各种膜的膜通量见表2、表3及图2所示。
  由图2可以看出,纳滤膜的膜通量大于反渗透膜,而其中RO1的膜通量大于RO-BW30,NF-1000的膜通量大于NF-200~300,说明各种膜的膜通量与膜的材料、结构等有关。在实际应用中,可通过增大操作压力来提高膜通量,但必然会增加能耗。运行一段时间后需通过清洗恢复由此损失的膜通量。
  硬度、电导率等比较大的井水,通过各种类型的膜显示,井水的膜通量比自来水通过时小,这说明各种类型膜的膜通量还与进水水质有关。因此,在实际应用中,应根据进水水质来设计膜的配置。
  2.2 一级膜处理的实验结果
  以水的来源处理效果分析,影响处理效果的因素很多,有进水水质、膜材料、结构、运行参数等。实验所得数据为连续取各步骤水样测试水质,取各测试值的平均值,并对检测数据进行了定量分析。其中,去除率(%)=(进水中含量-透过水中含量)/进水中含量×100%。
  由表4可知,由于自来水本身的水质比较好,经过处理后的水质基本符合标准。自来水在适宜的操作壓力和频率下经过反渗透装置后,其水质指标中的去除率如下:浊度小于0.2 NTU,电导率小于10 μS/cm,电导率的去除率在95%以上,总硬度的处理效果非常好,去除率也在95%以上。
  由表5可知,井水是浅层地下水,水质也较好,但其矿物质含量比较高、水的硬度也比较大。井水在适宜的操作压力和频率下经过反渗透装置后,其水质指标的去除率如下:浊度小于0.5 NTU,电导率<50 μS/cm,电导率的去除率在93%以上,总硬度的处理效果非常好,去除率也在93%以上。对自来水和井水水质进行反渗透膜软化除硬度比纳滤膜(NF)出水水质优,具有技术的先进性。

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