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【摘 要】文章介绍了采用多功能膜分离设备对工业锅炉给水（井水与自来水）进行处理，通过实验测定了各种膜的膜通量及一级膜处理中出水水质的浊度、硬度、电导率等，并分析了影响处理效果的进水水质、膜材料、膜结构、运行参数等，同时进行了二级膜处理的实验分析。结果表明：井水经反渗透膜处理的出水、自来水经过纳滤膜（NF）+反渗透膜（RO）或两级反渗透膜（RO）处理的出水水质均能达到《工业锅炉水质》（GB 1576—2008）中规定的给水标准。

【关键词】锅炉给水；反渗透膜；纳滤膜；膜通量

【中图分类号】TK223.5 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）12-0050-05

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。

2.3 不同膜对水的浊度的去除效果

浊度[5]是表示溶液浑浊的程度，与澄清度相对应， 是一种光学效应。不同膜对水浊度的处理结果如图2（a）、图2（b）所示。

由图2（a）、图2（b）可以看出，RO-BW30膜、RO1膜、NF-200～300膜及NF-1000膜对自来水处理后浊度去除率分别达到25%、29.16%、75%、79.17%。出水浊度可以稳定在0.5 NTU以下，达到或优于相应的国家工业锅炉用水标准。虽然井水的浊度比较大，但是经过RO-BW30膜、RO1膜、NF-200～30膜及NF-1000膜对它进行处理后，浊度去除率分别达到24.67%、32.67%、40.67%和44%，各种膜处理后出水浊度可以稳定在1 NTU以下，达到了相应的国家工业锅炉用水标准。

2.4 各种膜对水硬度的处理效果

水硬度主要指水中Ca2+、Mg2+的含量。在工业锅炉运行中，防止水垢和水渣的首要任务是去除硬度。不同膜对水硬度的处理结果如图3（a）、图3（b）所示。

由图3（a）、图3（b）可以看出，不同类型的膜（反渗透膜、纳滤膜）对水硬度的处理效果有很大的差异，但同种类型不同型号的膜（RO1和RO2、NF-200～300、NF-1000）的出水相对比较稳定。2种反渗透膜的脱硬度率很高，超过90%，甚至接近100%，而且在一定的试验压力和温度下，脱硬度率的变化不是很大。而另外2种纳滤膜的脱硬度率也都在50%左右。

在一定的操作压力和温度范围内，RO-BW30膜和反渗透膜都具有很好的处理效果：对自来水硬度的去除率分别达到97.27%及95.9%，产水总硬度小于0.05 mmol/L；对井水硬度的去除率分别达到接近98.56%及93.82%，产水总硬度小于0.3 mmol/L；NF-200～300膜和NF-1000膜对自来水的硬度去除率分别为54.61%和52.22%，对井水的硬度去除率分别为73.99%和57.84%

2.5 不同膜对水电导率的处理效果

电导率[6]是衡量水中含盐量的主要指标。不同膜对水电导率的处理结果如图4（a）、图4（b）所示。

由图4（a）、图4（b）可以看出，在一定的操作压力和温度范围内，反渗透膜和RO-BW30膜对电导率去除率很高，对自来水的电导率的去除率分别达到97.79%、96.50%；对井水的电导率的去除率分别达到98.36%、93.67%；NF-200～300膜和NF-1000膜对自来水的电导率去除率分别为55.94%和47.53%，对井水的电导率去除率分别为68.29%和49.48%，对电导率的去除率反而随进水质量浓度的增加而略有上升。

2.6 水的pH值

做好水处理工作，既不能片面地强调水质硬度，也不能忽视锅炉给水的pH值。《工业锅炉水质》（GB 1576—2008）中要求额定出口蒸汽压力小于等于2.5 MPa，以水为介质的固定式蒸汽锅炉和汽水两用锅炉，以水为介质的固定式承压热水锅炉和常压热水锅炉进水的pH≥7。实验中，有些出水的pH值达不到这个标准，比如井水经过纳滤200～300膜、纳滤1000膜处理后出水的pH值分别为6.65、6.54，pH<7。在实际生产中，要积极创造条件维持锅炉运行中锅水的pH值≥7，以使进水达到工业锅炉用水水质的要求。

2.7 二级膜处理的实验结果

《工业锅炉水质》（GB 1576—2008）中规定蒸汽锅炉和汽水两用锅炉的给水一般应采用锅外化学水处理，水质应符合硬度低于0.030 mmol/L（以1/2Ca2+，1/2Mg2+计）标准的规定，而在采用一级RO、一级NF装置对自来水和井水的实验过程中却没能达到这样的标准。

为了能达到这样的标准，应该事先对进水进行预处理，在本次实验中，采用了NF+RO或两级RO装置对自来水的处理效果见表6。

由表6可以看出，自来水经过NF+RO或两级RO处理后出水都能达到《工业锅炉水质》（GB 1576—2008）中蒸汽锅炉和汽水两用锅炉的给水要求，水质符合硬度≤0.030 mmol/L（以1/2Ca2+，1/2Mg2+计）的规定。采用纳滤膜和反渗透膜组合连用可以使自来水中的硬度、电导率的去除率很高。在此期间，通过纳滤膜或反渗透的部分变成一级膜处理纯水，将一级膜处理纯水进入第二次反渗透作为二级反渗透的进水，在足够的压力下，将一级反渗透纯水再一次制纯出水。结果显示，原水经过一级膜处理后，电导率显著下降，经过二级反渗透后，使电导率进一步下降至≤3 μS/cm。

在实际的生产中，因二级反渗透浓水含盐量远低于自来水，若把它排放将是一种很大的浪费，故将其全部回流与预处理的水一起作为一级膜处理的进水，从而实现二级反渗透系统的零排放。

3 结论

（1）经膜技术处理的锅炉补给水水质稳定，达到锅炉补给水的要求。采用组合膜制备锅炉补给水的新工艺是可行且有效的。

（2）在工业锅炉给水处理系统中，二级反渗透出水可达到《工业锅炉水质》（GB 1576—2008）中对工业锅炉用水的水质要求，同时排除了传统的离子交换法酸碱再生对环境的污染。综合各种因素考虑，建议在纯化水系统设计中优先采用二级反渗透水处理系统。

（3）锅炉补给水的膜处理方法选择，应根据水源的水质、锅炉对水质的要求，综合考虑给水和锅炉水的质量标准、蒸汽品质要求、水处理设备等因素，通过经济比较来确定。

参 考 文 献

[1]李以善，蓝浩杰.锅炉结垢故障树的建立与分析[J].中国特种设备安全，2014，30（9）.

[2]张果，赵艳玲.纳滤膜结构及其应用研究[J].天中学刊，2008，23（2）.

[3]GB 1576—2008，工业锅炉水质[S].

[4]王玉红.纳滤特性及其在海水軟化中的应用研究[D].青岛：中国海洋大学，2006.

[5]孙广军，郭欣岩.浊度和浊度仪在盐水悬浮物测量中的应用[J].中国氯碱，2003（1）.

[6]陈果平.地下水电导率与总硬度相关关系的研究[J].山东环境，2000（S1）.

[责任编辑：陈泽琦]