1、問題的提出
我國沿海地區(qū)由于受海水影響，地表水的水質(zhì)指標(biāo)處于海水、淡水之間，俗稱“陰陽水”。通常硬度在6～9mmol/L的水為硬水，硬度高于9mmol/L的水為極硬水，硬水與極硬水不宜作為鍋爐用水的原水，而“陰陽水”不僅硬度很高，堿度、氯離子含量均很高，且“陰陽水”水質(zhì)變化較大，受氣候影響，水質(zhì)一年四季都有變化，受海水漲落的影響，水質(zhì)在一天之內(nèi)都有變化，我市沿海地區(qū)“陰陽水”水質(zhì)指標(biāo)詳見表1采樣分析報告。
我市沿海地帶的鍋爐用水由于無其它水源，不得不采用“陰陽水”，由于技術(shù)、經(jīng)濟等多種原因，目前大部分企業(yè)采用傳統(tǒng)的鈉離子交換軟化法進行處理，雖然能降低部分硬度，但處理后的水質(zhì)尚不能滿足鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)要求，實際情況是：一方面排污率很大，浪費大量燃料，另一方面鍋爐結(jié)垢嚴(yán)重，不能保證工廠安全及生產(chǎn)的需要，如某廠一臺10t/h鍋爐由于采用“陰陽水”作為鍋爐用水，鍋爐結(jié)垢厚度達8~ 14mm，致使鍋爐爆管頻繁，最頻繁時爆管10次之多，嚴(yán)重影響工廠的安全生產(chǎn)。針對上述情況，筆者通過對沿海地帶在用鍋爐進行運行跟蹤統(tǒng)計，以及對鍋爐內(nèi)、外部檢驗情況分析后，提出了比較適用的水處理方案，并進行了實踐。
2、“陰陽水”水處理模式及技術(shù)經(jīng)濟比較分析
為使鍋爐給水水質(zhì)符合GB 1576 - 2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)，對目前采用的幾種水處理方式進行技術(shù)經(jīng)濟比較分析，情況如下。
2.1 水的預(yù)處理
(1)機械過濾+吸附式過濾處理法
采用機械過濾器將水中粗大懸浮物除去后，再采用吸附劑（一般為活性炭）進行吸咐處理，該方案不僅可以除去水中粗大懸浮物、部分膠體微粒，而且可除去水中的大部分有機物，在理論上是可行的，但該法受原水水質(zhì)波動影響較大，出水水質(zhì)難以穩(wěn)定，而“陰陽水”的特點恰恰是水質(zhì)波動較大，且價格昂貴的吸附劑因運行消耗較高需定期添加更換，再生操作工藝要求高，因此運行成本相對較高，在經(jīng)濟上不可行。
(2)化學(xué)混凝+沉淀澄清+機械過濾法
該法系用聚合鋁為混凝劑，粘土為助凝劑，對“陰陽水”進行混凝處理，經(jīng)沉淀、過濾后，可將水中的懸浮物、膠體除去，由于聚合鋁受水溫影響較小，水的pH值適應(yīng)范圍廣，對水的適應(yīng)性較強，混凝效果較小，一定程度上滿足了“陰陽水”的水質(zhì)變化較大的特點，因此在理論上是可行的。
該方法一次投資較機械過濾+吸附過濾處理法少，設(shè)備占地面積較小，安裝施工周期短，運行成本低（處理每噸水僅幾分錢），因此在經(jīng)濟上也是可行的。
2.2 除鹽處理
(1)鈉離子交換法
采用鈉離子交換法，只能除去鈣、鎂離子，不能除去堿度和Cl-離子，處理后水質(zhì)在實際運行中難以滿足鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)要求，如“陰陽水”僅采用該法處理后進入鍋爐，不僅鍋爐結(jié)垢嚴(yán)重，影響安全運行，而且鍋爐運行排污率將高達30%，由此引起燃料損失高達每蒸噸1.7萬元／年，該法在經(jīng)濟上不可行。
(2)氫鈉離子部分除鹽法
該法不僅可除去水中硬度，而且可除去水中堿度，在理論上是可行的，但由于“陰陽水”硬度、堿度高，變化范圍廣，使該法設(shè)備投資大，運行參數(shù)調(diào)整頻繁，出水水質(zhì)難以穩(wěn)定，且運行成本高，每噸水運行成本為1.5～2元，在經(jīng)濟上不可行。
(3)陰陽離子交換法
該法采用陰陽離子交換的原理，將水中幾乎所有的溶解鹽分全部除去，出水水質(zhì)好，無須其它軟化裝置，在理論上是可行的。
但該法因其設(shè)備、管道須耐酸、耐堿，且陰樹脂價格遠(yuǎn)高于陽樹脂．設(shè)備投資大，由于采用鹽酸和燒堿再生，加上鹽酸運輸和儲存極為不便，每噸水的運行成本高達4元以上，因此運行費用高，工業(yè)鍋爐水處理采用該法極不經(jīng)濟。
(4)電滲析+鈉離子交換法
該方法先采用電滲析器除去50%～90%的鹽分，如“陰陽水”水質(zhì)最差時硬度高達22. 6mmol/L，如除去90%的鹽分，則經(jīng)電滲析器處理后硬度剩下2.3 mmol/l，再用鈉離子交換器處理，處理后的水質(zhì)能滿足GB 1756標(biāo)準(zhǔn)要求，因此在理論上是可行的。
電滲析除鹽是一種極為靈活的除鹽方法，其除鹽程度可根據(jù)“陰陽水”水質(zhì)變化的特點而設(shè)定，一般采用兩組電滲析器運行，在“陰陽水”水質(zhì)較好時，可用電滲析器并聯(lián)運行，在“陰陽水”水質(zhì)較差時，可用二級電滲析器串聯(lián)運行，無論“陰陽水”水質(zhì)好或差時，均能將水中50%~90%鹽分除去，另外，電滲析還具有以下優(yōu)點：
①能耗低
將原水中的鹽分除去70%以上，每噸水運行成本只有0.2元。
②耗酸量低
電滲析器在脫鹽過程中不需要酸、堿液，僅在清洗時需要少量酸液進行清洗，耗用藥劑少，污染小，利于環(huán)保。
③設(shè)備緊湊耐用，相對費用低。
電滲析器是用塑料隔板、離子交換膜及電極組裝而成的，其耐蝕和耐化學(xué)污染性較好，隔板和膜鄉(xiāng)層疊加而成，結(jié)構(gòu)緊湊耐用，占地小，同時由于其對進水水質(zhì)要求不高，所以預(yù)處理輔助設(shè)備少，設(shè)備投資相對較少。
④電滲析控制程序可根據(jù)電導(dǎo)率自動檢測裝置的在線測試數(shù)據(jù)，通過微機自動調(diào)整運行參數(shù)，以保證出水水質(zhì)符合設(shè)計要求，避免人工操作失誤，從而大大提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
綜上所述，從設(shè)備投資及運行成本綜合比較，對“陰陽水”處理采用水的預(yù)處理+電滲析除鹽+鈉離子交換軟化處理這套方案較為合理。
3、實際采用的方案及運行情況評析
我市沿海某廠2000年新上36蒸噸的鍋爐，擬上一個50 t/h的水處理車間，考慮到“陰陽水”的水質(zhì)特點，設(shè)備投資成本及運行成本，采用以下具體的處理方案：
“陰陽水”作為原水經(jīng)過機械式水力循環(huán)加速，澄清塔到斜板沉淀池到雙流式機械過濾器，將“陰陽水”中懸浮物及膠體除去，經(jīng)過預(yù)處理后的水，至EDR電滲析器進行除鹽處理，最后經(jīng)鈉離子交換器處理使之達到鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。
綜合三年來的運行情況，統(tǒng)計分析如下：
(1)該方案包括水的預(yù)處理，電滲析除鹽及鈉離子交換全套設(shè)備及安裝費用總計62萬元，相對于陰、陽離子除鹽法投資要求低，安全性好，自動化程度高。
(2)該方案的運行成本包括混凝劑的費用、電滲析除鹽耗電費用，電滲析器酸洗費用，鈉離子交換器再生鹽耗費用及各種動力設(shè)備的電費，實際運行成本在0.5~0.7元／噸，比氫鈉離子部分除鹽法及陰陽離子除鹽法的實際運行成本要低。
(3)適應(yīng)“陰陽水”水質(zhì)變化大、鹽分高的特點，水處理效果好。
“陰陽水”經(jīng)預(yù)處理后，混濁度由原水的8～38mg/L，下降至0.6~1.Img/L，基本滿足了鍋爐用水對懸浮物的要求。
“陰陽水”經(jīng)預(yù)處理后，通過電滲析除鹽去除70%~90%的鹽分，使原水的總硬度由5—22. 6mmol/L下降到1.5～2.3mmol/L，總堿度由3.1～10.5 mmol/L下降到1.0～2.Immol/L，電滲析除鹽后的水經(jīng)過鈉離子交換器處理后硬度小于0. 03 mmol/L，達到了鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)要求，電滲析器處理后的出水水質(zhì)情況如表2。
(4)采用EDR，克服了普通電滲析器出現(xiàn)的極化現(xiàn)象。
普通電滲析器在運行過程中，會出現(xiàn)極化現(xiàn)象，且易在膜面上結(jié)垢，使脫鹽效果變差。針對這一缺點，本方案采用頻繁倒極電滲析裝置即EDR，該裝置操作穩(wěn)定，采用分極倒極的程序控制，每隔15~30min倒換極一次，同時調(diào)換濃、淡水路系統(tǒng)，實行全自動清洗離子交換膜和電極表面形成的污垢，以確保離子交換膜的長期穩(wěn)定性及出水的水質(zhì)和水量。
(5)采用微機控制，實現(xiàn)自動化操作。
用電導(dǎo)率儀測試經(jīng)電滲析器處理后的水（簡稱淡水）的電導(dǎo)率經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入計算機中，在計算機中設(shè)定淡水的電導(dǎo)率在300~ 600μs/cm（因電導(dǎo)率與含鹽量、硬度無線性比例關(guān)系，300~ 600μs/cm電導(dǎo)率其硬度在1．5~2. 5mmol/L，該類比只做參考之用），如淡水的電導(dǎo)率高于或低于上述設(shè)定值，測計算機自動調(diào)整電滲器的電源電流、電壓，使淡水電導(dǎo)率在設(shè)定值區(qū)間（具體程序如圖1）。
用電導(dǎo)率儀測試經(jīng)預(yù)處理后的水，根據(jù)電導(dǎo)率的大小由計算機自動調(diào)整電滲析器的電流、電壓，還可以通過計算機來控制閥門自動切換電滲析器的串聯(lián)、并聯(lián)方式，使“陰陽水”無論其總硬度高或低時都能經(jīng)電滲析器處理后達到設(shè)定的電導(dǎo)率值。
另外，還可以用計算機來自動控制倒極時間，實行濃、淡水自動切換，使EDR自動化。
(6)鍋爐達到安全、經(jīng)濟的運行目的。
采用該方案后，該爐運行了近3年，其間未出現(xiàn)因水質(zhì)原因而引起的事故，經(jīng)過2次內(nèi)部檢驗，鍋爐內(nèi)部基本無水垢。由于鍋爐內(nèi)無水垢，與原來的鍋爐相比，一年可節(jié)約煤炭折合人民幣60萬元，達到了安全、經(jīng)濟運行的目的。
4、結(jié)束語
采用電滲析器和水的預(yù)處理、鈉離子交換串聯(lián)全流程對“陰陽水”進行處理，具有一次性投資省、運行費用低、安裝周期短、運行操作方便、環(huán)境污染小、出水水質(zhì)穩(wěn)定、自動化程度高的優(yōu)點，尤其是對含鹽量大、水質(zhì)指標(biāo)波動較大的原水，經(jīng)濟效益更佳，目前己被實踐證明，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。
