謝玉明

(漳山發(fā)電有限責(zé)任公司,山西長治 046021)

0 引言

漳山發(fā)電有限責(zé)任公司 (以下簡稱 “漳山電廠”)二期2×600 MW機組鍋爐補給水處理于2007年10月調(diào)試完投運,因長治市中水供水管路及石灰混凝深度處理系統(tǒng)還在施工階段,未能使用設(shè)計主水源中水。調(diào)試及投運用水取自備用水源漳澤電力漳澤發(fā)電分公司 (以下簡稱 “漳澤電廠”)循環(huán)冷卻水回水,系統(tǒng)為:漳澤電廠水庫水→漳澤電廠循環(huán)冷卻水→循環(huán)冷卻水回水。

因鍋爐補給水處理系統(tǒng)的水源為漳澤電廠循環(huán)冷卻水回水,不是設(shè)計主水源。系統(tǒng)投運后,保安過濾器運行不到10 d就因壓差高而更換濾元,反滲透系統(tǒng)污堵速度快,通量衰減快,運行十幾天,最長一個月就必須清洗,嚴重影響了安全生產(chǎn)。為此,對影響反滲透系統(tǒng)正常運行的問題進行了分析,并采取了一系列措施,找到了反滲透膜污染的原因。從而制定了保證反滲透系統(tǒng)正常運行的措施。在2009年2月,石灰混凝處理系統(tǒng)投運,水源更換為中水后,問題得到了徹底解決。

1 鍋爐補給水系統(tǒng)概況

鍋爐補給水系統(tǒng)處理工藝為:長治市中水→石灰混凝深度處理→原水加熱器→絮凝劑加藥、殺菌劑PAC(Alnl(OH)mCl3n-m)加藥→多介質(zhì)機械過濾器→自動清洗過濾器→超濾UF(Ultra Filtration)→還原劑、阻垢劑加藥→反滲透RO(Reverse Osmosis)→陽離子交換器→除碳器→陰離子交換器→混合離子交換器。

多介質(zhì)過濾器進水母管進行加次氯酸鈉和聚合氯化鋁處理。超濾膜采用荷蘭諾瑞特內(nèi)壓式膜;反滲透系統(tǒng)共計兩套,單套反滲透設(shè)計產(chǎn)水量為60 t/h,回收水率75%,排列方式一級二段 (9∶5),共計安裝84支膜元件,膜元件為美國陶氏(DOW)公司生產(chǎn)的BW30-365FR型抗污染膜。

反滲透系統(tǒng)于2009年11月投運,運行1個月后出現(xiàn)標準產(chǎn)水量下降、進水壓力上升,壓差緩慢上升,脫鹽率未變,保安過濾器濾元10 d左右就需更換。進行清洗后,系統(tǒng)運行參數(shù)恢復(fù)到原始狀態(tài)。在隨后的運行中,反滲透膜頻繁更換,清洗頻繁,每次清洗完產(chǎn)水量較前一次有所降低。

為弄清膜污染的原因,對反滲透膜進行了檢測,并根據(jù)檢測結(jié)果對預(yù)處理系統(tǒng)進行了評估。

2 反滲透膜的檢測

查清反滲透膜的污染成分,分析該套系統(tǒng)可能的污堵類型和方式以及可行的清洗、預(yù)防措施,為改進和優(yōu)化系統(tǒng)運行提供數(shù)據(jù)。選了兩支污染嚴重的膜送檢。

2.1 膜元件物理檢測

目測元件外觀可以得出有關(guān)污堵或結(jié)垢故障的信息,例如,膜元件出現(xiàn)望遠鏡現(xiàn)象或玻璃鋼等外纏繞層的破壞表明存在超極限的水力沖擊,極高的壓降或不正確的元件安裝問題;若檢查發(fā)現(xiàn)產(chǎn)水管有機械損壞的話,就會引起高漏鹽率;目測檢查鹽水密封圈是否完好,安裝方位是否正確等。元件的重量是判斷其受污堵程度的重要指標。

對兩支送檢的 Filmtectim BW30-365FR元件分別進行了物理外觀檢查。兩支元件整體結(jié)構(gòu)均無損壞,沒有觀測到機械損傷。

2.2 元件性能測試

檢測元件在Filmtec標準試驗狀況下的脫鹽率和產(chǎn)水流量,并與標準元件性能作對比。元件性能應(yīng)在任何清洗試驗之前和之后各進行一次,以便評估清洗處理效果。

表1中測試值是基于Filmtec苦咸水元件基礎(chǔ)測試條件:2 000 mg/L,NaCl,15.5 kg/cm,25℃,pH=8,15%回收率。測試結(jié)果如表1所示。

表1 膜元件性能測試數(shù)據(jù)

測試結(jié)果表明,元件產(chǎn)水量偏低 (不到標定產(chǎn)水量的40%),壓降偏高 (F2217482壓降高于單支膜元件最高允許壓降),但是脫鹽率正常。檢測結(jié)果符合元件污堵的預(yù)測。Filmtec沒有該元件出廠時濕態(tài)測試數(shù)據(jù),但是根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗,未使用BW30-365-FR元件濕重約為14 kg,而該兩支元件濕重均大于17 kg,也表明元件中存在著大量的污染物。

2.3 元件解剖分析

除去元件末端的抗應(yīng)力器和纏繞外皮,可以打開元件內(nèi)的膜葉。沿膜元件圓周軸向均勻切開2個～4個切縫,切縫的深度正好深及纏繞的外皮,然后仔細打開膜元件,不至于傷及膜表面,檢查膜葉完整性,全面認真地查看膜表面,裁剪膜樣品或收集污垢物,進行化學(xué)分析或膜片平板性能測試。

對F2217482元件進行了解剖分析,取下玻璃鋼外殼、進水和濃水端蓋。檢查膜袋、膜葉表面、膠水線和進水網(wǎng)格等。檢測結(jié)果如表2所示。

表2 F2217482元件檢測結(jié)果

2.4 燃燒損失測試

燃燒損失法是一種重量分析方法。將膜面上殘留的污染物在110℃下干燥后加熱至550℃。高溫使污染物中的有機物降解或揮發(fā)。稱量加熱前后的污染物重量可確定有機污染百分比。干物質(zhì)含量小于20%時,通常表明有機污染中大部分是生物污染。

在膜表面上隨機取3塊0.203 2 m×0.203 2 m見方的區(qū)域,將其上所有污染物刮在一起后,進行燃燒損失測試,結(jié)果如表3所示。

表3 燃燒損失測試數(shù)據(jù)

膜表面上平均污染物 (干物質(zhì))分布為57.96 g/m2。污染物含有14.35%的無機物和85.65%的有機物,可見元件遭受了嚴重的有機污染。干物質(zhì)的含量為64.28%,一般來說當(dāng)干物質(zhì)含量小于20%時,表明有機污染中大部分是生物污染,因此可以說,生物污染并不是造成此系統(tǒng)有機污染的主要原因。

2.5 元件清洗試驗

通過對元件物理檢測和性能分析,判斷元件污染類型,并確定出最有效的清洗方案對單支膜元件進行清洗。元件清洗后再次進行性能測試以評價清洗效果 (元件性能恢復(fù)程度)。若第一次清洗效果不理想,可調(diào)整清洗藥劑和步驟再次對同一元件進行清洗,盡可能地找到合理有效的清洗方案

由解剖分析和對污染物、膜片的燃燒損失測試表明,該BW30-365FR膜元件受到較嚴重有機物污堵,因此產(chǎn)水通量急劇下降,壓降上升。因此,對未解剖的膜元件F2217952進行了清洗試驗,清洗方法選用pH為12的NaOH堿洗,具體試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果如表4所示。

表4 F2217952清洗試驗數(shù)據(jù)

表4中測試標準條件為2 000 mg/L,NaCl,15.5 kg/cm,25℃,pH=8,15%回收率。

清洗試驗結(jié)果表明,用高pH(pH=12)、高溫 (35℃)NaOH溶液長時間清洗后,元件壓降明顯下降 (下降40%),說明堿液對沖洗清除濃水格網(wǎng)內(nèi)沉積已久的有機污染起到了顯著效果。但是,經(jīng)過12 h循環(huán)清洗、浸泡后,元件產(chǎn)水量仍只能恢復(fù)到45%,且12 h后清洗液十分清澈,表明堿液已經(jīng)很難將長期黏附在膜表面的各種有機物洗脫下來,此元件的有機污染積累已久,十分頑固,已難以去除。

2.6 元件檢測結(jié)論

a)經(jīng)膜元件解剖分析和對污染物、膜片的分析性測試,表明該BW30-365FR膜元件受到較嚴重有機物污堵,因此產(chǎn)水通量下降,壓降上升。經(jīng)分析,此有機污染中存在一定程度的生物污染,但是并不成為主要成分。

b)清洗試驗表明,長期以來黏附在膜表面的有機污染物已經(jīng)十分頑固,很難通過普通堿洗或酸洗的方式去除,因此元件的產(chǎn)水量的恢復(fù)有限;但元件壓降通過堿洗后可顯著降低。

c)送檢的元件壓降已高于陶氏化學(xué)規(guī)定的單支元件所能承受的最高壓降 (1.05 kg/cm),但通過元件物理檢測和解剖分析發(fā)現(xiàn),元件的整體結(jié)構(gòu)尚保持完整、膠水線無間斷,未因高壓降而導(dǎo)致元件遭受物理性損傷。

d)元件的脫鹽率仍保持新元件的標準性能,未顯衰減趨勢。

3 反滲透膜污染的原因分析

3.1 水源水質(zhì)的影響

預(yù)處理進水水源為漳澤電廠直流冷卻循環(huán)水的回水,其取水為水庫水,經(jīng)換熱后又回到了水庫。水庫水中懸浮物、膠體及有機物為主的污染物等含量十分高,加上漳澤電廠的冷卻設(shè)備換熱使水溫有所升高,水庫大量養(yǎng)魚,致使水質(zhì)很不穩(wěn)定。反滲透組件前的保安過濾器濾芯更換頻繁,污染物成黃褐色,有滑膩感、腥臭味,表明存在嚴重的有機物污染。

3.2 高溫水對系統(tǒng)運行的影響

膜系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo)對進水溫度的變化非常敏感,隨著水溫的增加,水通量幾乎線性地增大,這主要歸于透過膜的水分子的粘度下降、擴散能力增加。增加水溫會導(dǎo)致脫鹽率降低或透鹽率增加,這主要是因為鹽分透過膜的擴散速率會因溫度的提高而加快所致[1]。

預(yù)處理水源取自漳澤電廠循環(huán)水的回水溝,水庫水經(jīng)漳澤電廠凝汽器換熱后,水溫升高約10℃。夏季時反滲透裝置進水水溫最高達到了43℃,超過了反滲透膜進水溫度低于40℃的要求。反滲透膜在超溫情況下連續(xù)運行幾個月,水通量超過了膜的正常水通量,也加劇了污染物對膜的污染。

3.3 藥劑對系統(tǒng)運行的影響

在檢查超濾產(chǎn)水水箱時,發(fā)現(xiàn)水箱內(nèi)壁有一層乳白色粘稠狀附著物;每次更換濾元時,都發(fā)現(xiàn)保安過濾器上端蓋一層乳白色粘稠狀附著物,濾元上局部有淡黃色粘狀物;第一支膜元件存在著較為嚴重的污堵,膜元件從壓力容器內(nèi)取出時帶有較為刺激的腐爛臭味,在膜元件過水通道表面上可以發(fā)現(xiàn)有透明糊狀物質(zhì)。

取粘稠物樣品分別進行酸、堿液浸泡,發(fā)現(xiàn)此類污染物酸溶性和堿溶性非常差,表現(xiàn)出非常大的穩(wěn)定性,污染物外觀呈現(xiàn)糊狀,具有粘性,顏色為透明狀少許略帶黃色,無特殊的氣味,并具有良好的沉降特性,說明除了存在有機物的成分外,還有部分膠體。因經(jīng)超濾后膠體基本全被去除掉,膠體只能是在超濾后,殘余聚合氯化鋁又與阻垢劑形成了膠體,說明聚合氯化鋁的加藥量偏大。根據(jù)直流混凝加藥量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)應(yīng)為3 mg/L～5 mg/L,實際測試聚合氯化鋁的加藥量為8 mg/L,說明加藥量確實偏大,應(yīng)減小加藥量。

3.4 預(yù)處理系統(tǒng)的影響

為排除預(yù)處理設(shè)備問題對反滲透系統(tǒng)的影響,對預(yù)處理系統(tǒng)多介質(zhì)過濾器、自清洗過濾器、超濾裝置、保安過濾器、加藥設(shè)備均進行了檢查。檢查多介質(zhì)過濾器填料高度正常,出水無濾料漏過;自清洗過濾器濾網(wǎng)完好,自動清洗正常;超濾膜完整性檢測,無斷絲;保安過濾器濾元無脫線、上下密封完好;檢查反滲透進水污染指數(shù)SDI(Silt&Density Index)測試后的膜片,膜片顏色正常。說明系統(tǒng)完好。

經(jīng)過對預(yù)處理系統(tǒng)水質(zhì)進行分析發(fā)現(xiàn),反滲透進水水質(zhì)SDI在1.5～2.5范圍內(nèi),其他指標 (除溫度外)也均在反滲透要求的范圍內(nèi),完全符合反滲透進水的要求,但系統(tǒng)仍出現(xiàn)了反滲透膜污染的情況。說明針對地表水,在 SDI合格的情況下,仍然不能保證反滲透膜不被污染。在超濾運行正常的情況下,檢測超濾出水總有機碳 TOC(Total Organic Carbon)值9 mg/L,超過了反滲透進水3 mg/L的要求,說明經(jīng)超濾處理后水中的有機物含量仍高于反滲透進水的控制指標。

4 防止膜污染采取的對策

4.1 做好膜的定期清洗工作

針對目前反滲透系統(tǒng)內(nèi)存留的污染物只能通過清洗去除,由于污染物穩(wěn)定性極強,采取了離線清洗和在線清洗相結(jié)合的方法進行了清洗,清洗時將溫度和 pH值控制在上限范圍。清洗條件是:NaOH,pH=12,35℃,單次清洗浸泡時間大于12 h,重復(fù)進行幾次;HCl,pH=2,30℃,浸泡時間2 h。堿洗、酸洗交替進行。清洗后取得了一定成效。反滲透系統(tǒng)運行期間,準確、及時地監(jiān)測運行數(shù)據(jù),當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)標準產(chǎn)水量再次降低10%以上、標準壓降上升15%以上,就應(yīng)及時進行清洗,以避免因清洗延誤而造成的污染累積。

4.2 調(diào)整藥劑的加藥量

調(diào)整預(yù)處理過程中混凝劑PAC的加藥量,保證直流混凝沉淀效果,在滿足超濾進水水質(zhì)的情況下盡量減少PAC的加藥量。通過燒杯試驗、優(yōu)化預(yù)處理流程的方法,重新確定了PAC的加藥量,基本控制在3 mg/L以下。雖然預(yù)處理過程中設(shè)有多介質(zhì)過濾器和超濾,但是水中一部分有機物、膠體類物質(zhì)因未充分與混凝劑發(fā)生成核反應(yīng),仍可透過超濾膜而進入反滲透系統(tǒng),在反滲透膜表面發(fā)生沉淀,形成污染[2]。通過調(diào)整PAC的加藥量得到了同樣的預(yù)處理效果,有效降低了反滲透系統(tǒng)污堵風(fēng)險。

調(diào)整預(yù)處理過程中殺菌劑次氯酸鈉的加藥量,次氯酸鈉可一定程度地起到消毒和控制生物污染的作用,并且強氧化性物質(zhì)對某些有機物也起到分解的作用。但在進入反滲透組件之前,一定要將水中氧化性物質(zhì)還原,以防止膜面遭受不可逆的氧化降解[3]。在控制反滲透進水余氯的前提下,通過適當(dāng)加大次氯酸鈉的加藥量,對防止反滲透膜的污染起到了一定作用。

4.3 及時更換保安過濾器濾元

保安過濾器濾元為聚丙烯繞線結(jié)構(gòu),孔徑5 μ m。通過系統(tǒng)加藥量的調(diào)整,保安過濾器的運行周期有延長。為防止保安過濾器濾元有漏過顆粒物的情況,在保安過濾器壓差超過0.8 MPa時或運行達到一個月時進行更換,對反滲透的運行起到了保護作用。

4.4 改用中水水源

2009年2月,中水系統(tǒng)及石灰混凝處理系統(tǒng)調(diào)試合格,正常投運。改用中水水源,經(jīng)石灰處理系統(tǒng)出水作為鍋爐補給水處理的水源已運行4個月,與采用漳澤電廠循環(huán)水回水相比較,由于中水經(jīng)過了深度處理,使得水中的有機物、磷、硬度、堿度等物質(zhì)的含量均低于水庫水,這無疑有利于鍋爐補給水處理系統(tǒng)的運行狀況的改善。

改用石灰混凝深度處理后的出水后,反滲透系統(tǒng)運行穩(wěn)定,保安過濾器濾元更換周期延長到2個月,反滲透膜清洗周期已經(jīng)延長到3個月以上。說明中水進行石灰混凝處理,經(jīng)漳山電廠鍋爐補給水預(yù)處理系統(tǒng)處理后,完全滿足反滲透進水水質(zhì)要求。

5 結(jié)束語

地表水中存在的有機物主要為腐植酸類物質(zhì),當(dāng)TOC超過3 mg/L時,預(yù)處理部分應(yīng)作專門的脫除有機物的考慮,多介質(zhì)多濾+超濾的處理工藝可能不能滿足反滲透進水水質(zhì)的要求,會造成反滲透膜的有機物污染,需要增加前置混凝澄清的處理設(shè)備。

預(yù)處理采用直流混凝處理時,一定要通過實驗找到最優(yōu)的加藥量,控制好混凝劑的加藥量,防止水中一部分有機物、膠體類物質(zhì)因未充分與混凝劑發(fā)生成核反應(yīng),透過超濾膜而進入反滲透系統(tǒng),在反滲透膜表面發(fā)生沉淀,形成污染。

中水進行石灰混凝澄清處理后,經(jīng)多介質(zhì)過濾+超濾處理的工藝完全滿足反滲透進水水質(zhì)要求,可保證反滲透系統(tǒng)的運行正常,說明采用中水水源的預(yù)處理系統(tǒng)工藝的設(shè)計合理。

膜污染后要及時清洗恢復(fù),加強運行維護管理以確保反滲透系統(tǒng)安全運行。

[1] 馮逸仙,楊世純.反滲透水處理工程 [M].北京:中國電力出版社,2000:128.

[2] 錢達中.發(fā)電廠水處理工程 [M].北京:中國電力出版社,1998:234-235.

[3] Z-阿默加德〔美〕.反滲透—膜技術(shù) 水化學(xué)和工業(yè)應(yīng)用[M].殷琦,華組祖,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998:118.