電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)現(xiàn)存問題及技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用研究嘗試摘要：本文旨在探討電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)現(xiàn)存的問題，并提出相應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用。研究首先分析了當(dāng)前電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)，包括預(yù)處理效率不足、設(shè)備分散化與自動化程度低、高鹽廢水與腐蝕問題以及膜污染與維護成本高等。針對這些問題，文章進一步探討了膜分離技術(shù)的優(yōu)化、智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用、綠色催化與資源化技術(shù)以及低碳工藝革新等創(chuàng)新解決方案。通過全膜法工藝、抗污染膜材料、FCS與PLC集成控制、AI預(yù)測維護、電催化還原硝酸鹽、高鹽廢水資源化、低溫多效蒸發(fā)（LT-MED）和光伏驅(qū)動水處理等技術(shù)的研究與應(yīng)用，旨在提高電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的效率、降低運行成本并促進環(huán)境保護。關(guān)鍵詞：電廠化學(xué)；水處理系統(tǒng)；現(xiàn)存問題；技術(shù)創(chuàng)新引言電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)（如圖1所示）是電廠運行過程中至關(guān)重要的組成部分，其主要作用是對進入電廠的原水進行處理，去除其中的雜質(zhì)、鹽分和有害物質(zhì)，以滿足電廠發(fā)電過程中對水質(zhì)的嚴格要求。隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展和環(huán)保要求的日益提高，電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，如設(shè)備老化、處理效率低下、運行成本高等問題[1]。因此，研究電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)現(xiàn)存問題及技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。本文就電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)現(xiàn)存問題及技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用情況進行探討，以期技術(shù)創(chuàng)新能夠有效改善化學(xué)水處理系統(tǒng)的性能，提高水質(zhì)，降低運行成本，為電廠的安全穩(wěn)定運行提供保障。圖1電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)一、電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的現(xiàn)存問題分析1、預(yù)處理效率不足在電廠化學(xué)水處理流程中，預(yù)處理環(huán)節(jié)非常重要，預(yù)處理效果的好壞直接關(guān)系到后一步的處理系統(tǒng)是否平穩(wěn)有效進行。傳統(tǒng)的沉淀與過濾預(yù)處理方法在實際運用中，由于原水水質(zhì)多變，加之大多數(shù)電廠在處理原水時采用的是傳統(tǒng)預(yù)處理，這些技術(shù)對于水中懸浮物和有機物去除不是非常徹底。比如沉淀技術(shù)。該方法是通過對水中懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)施加一定重力，讓其自然沉淀下來。所以如果有較多的微小膠體物質(zhì)存在，而這些微小膠體物質(zhì)相對穩(wěn)定，一般重力作用需要較長時間方能沉淀出來，而如果水質(zhì)比較穩(wěn)定，可以處理較好，如果原水水質(zhì)出現(xiàn)波動的情況就容易在此環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。如某個電廠日常用水水質(zhì)比較平穩(wěn)，但在某些特定的時候受上游區(qū)域影響，膠體含量超出標(biāo)準(zhǔn)，而采用沉淀和過濾的預(yù)處理方法處理后水中依然會存在大量的膠體物，導(dǎo)致直接后續(xù)的反滲透膜堵塞率達到以往情況的30%左右，而反滲透膜是水處理系統(tǒng)極為重要的一個核心部件，該部件堵塞，一方面影響了產(chǎn)水效率的高低，同時也增加膜的清洗頻率，對后續(xù)系統(tǒng)產(chǎn)生影響[2]。2、設(shè)備分散化與自動化程度低以往的發(fā)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)，設(shè)施位置設(shè)置分散，從不同階段的原水提取設(shè)備，到階段性的過濾、反應(yīng)設(shè)備，到最終成品水的存儲、運輸設(shè)備等，都分別設(shè)立在不同的地方，管理較為分散。分散式的設(shè)施，雖然可以在某種程度上方便對單個設(shè)備的維護，但同時也造成了管理上的不利影響。第一，分散式的設(shè)備造成繁冗的操作手續(xù)、人的控制高依賴性。工人必須不停地在不同的位置之間跑動，操作不同地點設(shè)備的開關(guān)、參數(shù)設(shè)定等，從而造成了人力成本的增加，人為疏忽也會引起故障。第二，缺乏集中化的監(jiān)控和控制，導(dǎo)致對設(shè)備故障的響應(yīng)時間大幅度增加。在某發(fā)電廠分散式的運行控制系統(tǒng)下，在一次設(shè)備故障后，現(xiàn)場相關(guān)人員沒有得到任何關(guān)于該設(shè)備故障的信號，直到故障后下游的設(shè)備出現(xiàn)異常信號，才發(fā)現(xiàn)該故障設(shè)備，最后經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備故障造成的響應(yīng)時間比平時至少增加了兩個小時，而在過去的兩個小時中，發(fā)電廠為了維持基本運營，裝置必須維持在更高的能源消耗程度下才得以運行，與裝置正常時相比能耗增加15%，設(shè)備分散化和自動化程度低等，也導(dǎo)致管理效率的降低，從而大大阻礙了現(xiàn)代發(fā)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的發(fā)展。3、高鹽廢水與腐蝕問題伴隨煤化工等行業(yè)發(fā)展，發(fā)電廠在高鹽廢水的處理上面臨諸多困難，高鹽廢水中富含大量的氯化鈉、硫酸鈉等鹽類物質(zhì)，處理較難，成本高。一般情況下，電廠對高鹽廢水常采用常規(guī)蒸發(fā)結(jié)晶的方式，此方法能耗高，在整個高鹽廢水處理過程中，能耗高可達40%。這無形中提高了電廠運營成本，與現(xiàn)有發(fā)電廠節(jié)能減排的理念背道而馳。除此之外，電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中的金屬設(shè)備，長期處于含溶解氧和氯離子水的接觸之下，極易發(fā)生腐蝕。溶解氧水作為一種強氧化劑，能同金屬表面作用產(chǎn)生金屬氧化物，氯離子具有很高的穿透性，能破壞金屬表面的鈍化層，加快金屬腐蝕速度。某電廠鍋爐管道由于水中溶解氧和氯離子的侵蝕作用，其管壁逐漸變薄，出現(xiàn)漏電問題。為維持鍋爐正常運轉(zhuǎn)，電廠每年需要200萬元左右的費用去維修鍋爐管道，對其進行更換和修復(fù)。高鹽廢水處理高成本以及設(shè)備腐蝕給電廠造成的維修成本，兩者共同給電廠經(jīng)濟效益和設(shè)備正常運轉(zhuǎn)帶來挑戰(zhàn)。4.膜污染與維護成本高由于膜分離系統(tǒng)具有良好的分離效果，電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中采用的膜分離技術(shù)手段有反滲透膜、超濾膜等，可有效去除水中雜質(zhì)、鹽類、有機物等，得到純凈的產(chǎn)水。但其應(yīng)用受到膜污染問題的影響，在運行中不能穩(wěn)定地工作。膜污堵主要包括水中有機物、微生物、膠體和金屬氧化物等吸附、沉積和堆積在膜表面而造成的。以反滲透系統(tǒng)為例，原水中有機物濃度高時，有機物逐步在膜表面累積，形成膜表面一層致密的有機污堵層，導(dǎo)致透水系數(shù)減小，膜的截留率降低，膜使用壽命變短，如圖1所示。某電廠的反滲透系統(tǒng)，反滲透膜的預(yù)期設(shè)計使用年限是3年，但因其原水有機物污染嚴重，設(shè)計預(yù)期的膜使用壽命僅使用1.5年就被更換。膜頻繁更換增加了設(shè)備的購置費用，且每次需要投入人力資源和時間來進行膜的卸載、裝載及試壓等工作，運維費增加了50%。因此，反滲透系統(tǒng)的膜污堵不僅降低了反滲透膜的分離效果，同時還增加了化學(xué)水處理的運行費。二、技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用研究1、膜分離技術(shù)的優(yōu)化1.1全膜法工藝全膜法工藝基于超濾(UF)、反滲透(RO)、電去離子(EDI)工藝的顯著優(yōu)勢在電廠化學(xué)水處理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，是深度處理鍋爐補給水必不可少的技術(shù)。全膜法深度脫鹽工藝結(jié)合了UF、RO、EDI三種工藝，形成一個集成的高能、穩(wěn)定的深度脫鹽系統(tǒng)(如圖1)。UF作為全膜法工藝深度脫鹽的前端預(yù)處理，在此處理系統(tǒng)中主要為膜后的RO、EDI提供良好的進水，主要用于去除水中的懸浮物、膠體、細菌等大分子量物質(zhì)。在全膜法的前處理工藝中，通過超濾UF利用孔徑篩分技術(shù)將雜質(zhì)截留的原理，依據(jù)一定孔徑的膜，讓小于膜孔徑水分子和小分子溶劑透過膜進入產(chǎn)水側(cè)，將雜質(zhì)截留在濃水側(cè)。RO作為全膜法工藝的核心技術(shù)，其利用半透膜選擇透過機制，依靠壓力的作用，將水分子從濃水一側(cè)通過RO膜滲透至淡水側(cè)，而鹽類及其它溶質(zhì)則被截留在RO膜的高壓側(cè)，實現(xiàn)了水與鹽的分離。RO透過RO膜的離子是純凈的水分子，不能使其中的離子透過，將鹽分等雜質(zhì)截留在濃水側(cè)。EDI是全膜法深度脫鹽的后期精制，進一步去除反滲透產(chǎn)水中少量的離子，制備除鹽水。將離子交換樹脂放置在陰陽離子交換膜之間，靠電場的作用下使水中的離子定向移動，靠離子交換和電再生的工作過程不斷產(chǎn)生離子純水。1.2抗污染膜材料膜污染問題是困擾膜分離技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用的瓶頸和障礙。一般使用的傳統(tǒng)膜材料因污水水質(zhì)成分復(fù)雜導(dǎo)致的有機物、微生物類等污染在膜內(nèi)易產(chǎn)生附著和堵塞，造成膜通量低、分離性能差，膜使用周期變短。研究人員為此開發(fā)了納米改性聚酰胺膜，為膜分離技術(shù)再添活力，納米改性聚酰胺膜在聚酰胺膜表面或內(nèi)部利用納米材料如納米二氧化鈦、納米氧化鋅等，賦予聚酰胺膜材料獨特的抗污染性能，納米材料由于其比表面積大，表面積大的特殊表面性能，抗污染的吸附污染性能在膜表面及內(nèi)發(fā)生，從而使納米改性聚酰胺膜材料的抗污染性能增加40%，抗污染性能保證了在長時間運行過程中的膜通量穩(wěn)定和膜使用壽命，與以往常用膜需要2～3年的使用周期而需要進行更換相比，納米改性聚酰胺膜壽命可延長5年，膜更換成本降低，也減少了由于頻繁更換膜導(dǎo)致系統(tǒng)停工檢修，提高了電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的運行效率。2、智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用2.1FCS與PLC集成控制現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）、PLC等技術(shù)實現(xiàn)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的在線水質(zhì)控制、加藥自動控制，實現(xiàn)水量的精確、可靠控制，提高了化學(xué)水處理系統(tǒng)的科學(xué)性。FCS基于分布式架構(gòu)，采用現(xiàn)場總線技術(shù)，將現(xiàn)場中相關(guān)設(shè)備組成一個有機系統(tǒng)，讓各個設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共享和互動更加明顯，可以實時記錄現(xiàn)場采集的各種水質(zhì)控制數(shù)據(jù)，包括酸堿度、電導(dǎo)率、濁度等水質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)，并且可以快速反饋給中央控制系統(tǒng)。PLC是按事先設(shè)定的程序控制信號的狀態(tài)，即數(shù)字運算，控制一個或多個工作現(xiàn)場操作機械的運行。化學(xué)水處理系統(tǒng)中的PLC會將采集到的數(shù)據(jù)（如阻垢劑、絮凝劑等加藥設(shè)備現(xiàn)場中采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)）與事先設(shè)定好的系統(tǒng)程序進行對比分析，識別各項水質(zhì)控制的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容，自動控制相關(guān)加藥設(shè)備的工作狀態(tài)。2.2AI預(yù)測維護膜污染是電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中的問題之一，會給電廠生產(chǎn)帶來影響，同時也會提高運維成本。AI預(yù)測維護技術(shù)解決了這一難題?；跈C器學(xué)習(xí)算法的AI預(yù)測維護技術(shù)是收集運行系統(tǒng)的歷史運行信息(如水質(zhì)指標(biāo)、膜運行壓力、通量等)，再借助于機器學(xué)習(xí)算法，形成預(yù)測模型，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的規(guī)律、模式等，并對其應(yīng)用產(chǎn)生的膜污染的周期、程度、影響等進行預(yù)測，在該電廠成功應(yīng)用了這種技術(shù)。其基于機器學(xué)習(xí)算法來預(yù)測膜污染周期，提前規(guī)劃電廠的維護計劃，規(guī)避膜污染對機組運行造成的影響。基于機器學(xué)習(xí)算法預(yù)測膜污染周期可以將電廠的維護成本下降30%、停機率減少40%，極大地提升了電廠的可用性，保障了電廠生產(chǎn)、穩(wěn)定運行；同時，也降低了電廠的人力資源和物質(zhì)資源成本。3、綠色催化與資源化技術(shù)3.1電催化還原硝酸鹽硝酸鹽通常存在于電廠的廢水中，使用傳統(tǒng)的處理技術(shù)，易出現(xiàn)處理效果低、高成本、產(chǎn)生二次污染等現(xiàn)象。電催化還原處理技術(shù)可以以環(huán)保、高效率的優(yōu)勢來處理廢水中的硝酸鹽問題。電催化還原硝酸鹽技術(shù)基于Co4Fe6催化劑技術(shù)，在中性廢水中實現(xiàn)了硝酸鹽到氨的轉(zhuǎn)化。該工藝以電極為反應(yīng)環(huán)境，在電場的作用下，在催化劑表面還原硝酸鹽至氨，其反應(yīng)過程選擇性高，氨選擇性可達100%，因此幾乎所有的硝酸鹽都被生成了氨，且不會生成副產(chǎn)物，電能利用率高，達到98.6%。可見其利用電能進行反應(yīng)時，將電能轉(zhuǎn)化為了化學(xué)能，從而達到了高效利用電能的目的。既能較好地處理廢水中的硝酸鹽污染物，又能將其轉(zhuǎn)化成一定經(jīng)濟價值的氨，使其得到回收利用。3.2高鹽廢水資源化電廠還有高鹽廢水的困擾，而傳統(tǒng)的處置方式為排放，造成了水資源的浪費以及對環(huán)境的污染；而高鹽廢水通過分質(zhì)結(jié)晶的方法進行資源利用，以解決此類高鹽廢水問題，采用分質(zhì)結(jié)晶的方法，依據(jù)不同的鹽種的溶解度差異，在不同條件下，通過對高鹽廢水蒸發(fā)結(jié)晶等過程將NaCl、Na2SO4等進行分離、回收。某煤化工項目實施分質(zhì)結(jié)晶年回收2萬t鹽，降低了高鹽廢水排放，減少了對環(huán)境帶來的壓力，實現(xiàn)了一定的經(jīng)濟效益；項目廢水量的減排減少了60%，節(jié)約了水資源，實現(xiàn)了水資源循環(huán)利用和高鹽廢水減量化處理。4.低碳工藝革新4.1低溫多效蒸發(fā)（LT-MED）傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)用于高鹽廢水處理時，往往能耗比較大，會造成處理成本升高，也違背了目前低碳環(huán)保的理念。因此，低溫多效蒸發(fā)(LT-MED)技術(shù)應(yīng)運而生，用于高鹽廢水濃縮處理。LT-MED技術(shù)是利用多個蒸發(fā)器串聯(lián)工作，多個蒸發(fā)器多次利用蒸汽的潛熱來達到在較低溫度下濃縮高鹽廢水。前一效蒸發(fā)器所得到的二次蒸汽用來加熱下一效蒸發(fā)器，使能源得到最大化的循環(huán)利用，而傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)的能耗是LT-MED技術(shù)的35%。這一強大的節(jié)能效應(yīng)無疑可以幫助電廠將處理高鹽廢水時對能源的消耗降低，使得電廠碳排放較少，降低了處理的成本，使得電廠在經(jīng)濟上有較高的效益、環(huán)境上更有優(yōu)勢。4.2光伏驅(qū)動水處理光伏發(fā)電設(shè)備隨著光伏發(fā)電技術(shù)的逐漸完善，對電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的應(yīng)用，給低碳工藝變革創(chuàng)新提供了一個途徑。某電廠對光伏驅(qū)動水處理系統(tǒng)進行集成，在太陽能提供的電量驅(qū)動下完成水處理單元的運作，光伏驅(qū)動水處理系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)水處理單元所需的電能，而且還節(jié)約了大量的化石燃料。在該電廠運行的實際案例中發(fā)現(xiàn)，水處理單元減少45%的碳排放，響應(yīng)了全球的低碳政策號召，也給電廠樹立了良好的環(huán)保形象，又可以在一定程度上減少電廠的用電量，提高了電廠的競爭力。詳細如表1所示。表1技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用研究技術(shù)方向技術(shù)名稱/方法核心原理與優(yōu)勢應(yīng)用效果/案例膜分離技術(shù)優(yōu)化全膜法工藝UF、RO、EDI三級處理，實現(xiàn)深度脫鹽；超濾預(yù)處理提升進水質(zhì)量，RO高效脫鹽，EDI精處理產(chǎn)水。顯著提高脫鹽效率，降低后續(xù)膜污染風(fēng)險。智能控制系統(tǒng)應(yīng)用FCS與PLC集成控制FCS實時監(jiān)測水質(zhì)，PLC自動調(diào)節(jié)加藥量；實現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)（pH、電導(dǎo)率等）動態(tài)控制。提高加藥精準(zhǔn)性，減少人工干預(yù)誤差A(yù)I預(yù)測維護基于機器學(xué)習(xí)算法分析歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測膜污染周期及程度。某電廠維護成本降低30%，停機時間減少40%。綠色催化與資源化技術(shù)電催化還原硝酸鹽利用Co?Fe?催化劑，在中性廢水中將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氨；氨選擇性100%，電能利用率98.6%。實現(xiàn)硝酸鹽高效去除與資源回收（氨）。高鹽廢水分質(zhì)結(jié)晶基于鹽類溶解度差異分離回收NaCl、Na?SO?等。某煤化工項目年回收鹽類2萬噸，廢水排放減少60%。低碳工藝革新低溫多效蒸發(fā)（LT-MED）多效蒸發(fā)器串聯(lián)利用蒸汽潛熱，實現(xiàn)低溫（<70℃）廢水濃縮；能耗較傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)降低35%。顯著降低高鹽廢水處理能耗，符合低碳要求。光伏驅(qū)動