劉德宏　王宗祥

摘 要：某公司鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)采用了超濾+反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)，投入運(yùn)行后問(wèn)題較多，其中預(yù)脫鹽系統(tǒng)處理出了異常下降最為特出，已危及機(jī)組的正常運(yùn)行。為解決上述問(wèn)題，成立了王宗祥工作室對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行分析，尋找解決措施，最終基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)脫鹽系統(tǒng)的正常運(yùn)行。文章對(duì)預(yù)脫鹽系統(tǒng)存在的問(wèn)題、現(xiàn)象及對(duì)策進(jìn)行闡述，并提出優(yōu)化措施等。

關(guān)鍵詞：脫鹽；超濾；反滲透

前言

隨膜工業(yè)的發(fā)展，火力發(fā)電廠鍋爐補(bǔ)給系統(tǒng)采用超濾+反滲透+離子交換已成為常規(guī)設(shè)計(jì)，并在火電中得到廣泛運(yùn)用。但由于原水水質(zhì)，原水預(yù)處理方法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行方式的不同，經(jīng)常會(huì)因膜的污染導(dǎo)致預(yù)脫鹽系統(tǒng)處理出了嚴(yán)重下降而危及機(jī)組正常運(yùn)行。

某公司鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)于2012年11月15日機(jī)組經(jīng)過(guò)168試運(yùn)后轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)運(yùn)行。鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)同期投入了正常運(yùn)行，系統(tǒng)投運(yùn)初期，處理能力達(dá)到設(shè)計(jì)處理出力。隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，系統(tǒng)開始頻繁出現(xiàn)問(wèn)題。為此，成立了技術(shù)小組，攻關(guān)解決了預(yù)脫鹽系統(tǒng)出了下降問(wèn)題。

1 鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)流程及主要設(shè)備概況

該公司鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)水源來(lái)自江水，采用超濾+反滲透+離子交換除鹽工藝。水源通過(guò)一期循環(huán)水提升泵并加入聚合氯化鋁絮凝劑進(jìn)入混凝澄清池進(jìn)行澄清處理后進(jìn)入工業(yè)消防水池作為三期工業(yè)用水水源。工業(yè)水經(jīng)化學(xué)原水泵提升并加入殺菌劑后進(jìn)入纖維過(guò)濾器處理后進(jìn)入化學(xué)清水箱，作為預(yù)脫鹽系統(tǒng)水源。

清水通過(guò)超濾水泵升壓后進(jìn)入超濾系統(tǒng)過(guò)濾處理，處理后的出水進(jìn)入超濾產(chǎn)水箱。在超濾系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，截留清水中少量的懸浮物、大分子有機(jī)物、膠體等，隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，超濾膜跨膜壓差增加，利用超濾產(chǎn)水箱的產(chǎn)水對(duì)超濾膜反洗，反洗后超濾系統(tǒng)跨膜壓差下降，恢復(fù)過(guò)濾功能。為保證超濾系統(tǒng)的膜通量，還定期對(duì)超濾膜系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)加強(qiáng)洗，對(duì)超濾進(jìn)行殺菌、洗垢處理。

2 系統(tǒng)投運(yùn)后狀況及異常現(xiàn)象

鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)于2012年9月份經(jīng)過(guò)調(diào)試，2012年11月15日經(jīng)168試運(yùn)行后投入正常運(yùn)行，運(yùn)行初期，超濾膜通量、反滲透膜通量及系統(tǒng)出力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，超濾膜及反滲透膜系統(tǒng)跨膜壓差在膜產(chǎn)品設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。但是，隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，到2013年3月中旬開始，系統(tǒng)處理出力急劇下降，開始出現(xiàn)如下問(wèn)題：（1）保安過(guò)濾器壓差上升，頻繁更換反滲透濾芯。（2）反滲透段間壓差上升，反滲透系統(tǒng)出力下降。最惡化工況條件下，系統(tǒng)出力下降了60%左右。（3）反滲透系統(tǒng)脫鹽率下降到92%左右。（4）反滲透膜污堵，進(jìn)水?dāng)嗝嫔细街撕芏辔廴疚铩?/p>

為解決預(yù)脫鹽系統(tǒng)存在的問(wèn)題，技術(shù)人員從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加藥控制、表征現(xiàn)象、異常原因及解決方法等多方面分析，期望徹底解決系統(tǒng)出了下降的問(wèn)題。

3 預(yù)脫鹽系統(tǒng)產(chǎn)水量下降的常見原因解析

3.1 原水預(yù)處理不合格

預(yù)脫鹽系統(tǒng)一般采用混凝沉淀處理，通過(guò)對(duì)原水的混凝處理，沉淀原水中的大顆粒的機(jī)械雜質(zhì)、膠體、細(xì)菌及大分子有機(jī)物，如果混凝效果不好，膠體及細(xì)菌和大分子有機(jī)物會(huì)穿透系統(tǒng)，最終堵塞反滲透膜間隙中，導(dǎo)致預(yù)脫鹽系統(tǒng)處理出力下降。

3.2 超濾膜斷絲，出水SDI不合格

通常脫鹽系統(tǒng)采用超濾作為反滲透的預(yù)處理系統(tǒng)，超濾是一種與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過(guò)程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以超濾膜為過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)原液流過(guò)膜表面時(shí)，超濾膜表面密布的許多細(xì)小的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過(guò)而成為透過(guò)液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的進(jìn)液側(cè)，成為濃縮液，因而實(shí)現(xiàn)對(duì)原液的凈化、分離和濃縮的目的。

3.3 水質(zhì)對(duì)反滲透系統(tǒng)的影響

3.3.1 結(jié)垢

天然水體中含有低濃度的碳酸鈣、硫酸鈣、二氧化硅等成垢物質(zhì)，在反滲透運(yùn)行過(guò)程中，這些成垢物質(zhì)濃縮可能超過(guò)其濃度積而析出，沉積在反滲透膜表面堵塞其通道，導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)運(yùn)行壓差上升、膜通量下降。

3.3.2 金屬氧化物沉積

水處理過(guò)程中加入的絮凝劑水解及管道系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物中含有氫氧化物膠體，這些膠體顆粒污堵在反滲透膜通道上，導(dǎo)致反滲透膜運(yùn)行壓差上升，使反滲透系統(tǒng)的出力下降。

3.3.3 懸浮物顆粒的污染

反滲透系統(tǒng)一般前置保安過(guò)濾器，保安過(guò)濾器采用5微米的濾芯，用來(lái)截留腐蝕產(chǎn)物、過(guò)濾介質(zhì)及投運(yùn)初期的沖洗不徹底時(shí)，可能使反滲透膜元件收到污染。有時(shí)，因?yàn)V元破損或缺陷造成短路，導(dǎo)致懸浮物顆粒進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，使得反滲透膜元件通量下降。

3.3.4 微生物污染

水體中的微生物被反滲透膜表面截留時(shí)，膜所去除的鹽類離子被滯留在黏泥層中，不容易被水沖走，成為細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，助長(zhǎng)了微生物的滋長(zhǎng)，從而形成了生物污染層。同時(shí)，反滲透阻垢劑的加入也對(duì)微生物助長(zhǎng)作用。

3.3.5 膠體污染

膠體粒徑比反滲透膜通道小，比反滲透膜孔徑大，能夠進(jìn)入膜通道，且膠體帶有電荷，易被反滲透膜截留并粘附在反滲透膜表面，導(dǎo)致反滲透膜污堵，使運(yùn)行壓差上升，產(chǎn)水率下降。

通常情況下，反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)污堵，往往是上述多種因素造成的，可能某一因素占主要作用而已，當(dāng)反滲透系統(tǒng)發(fā)生污堵時(shí)，應(yīng)計(jì)算查明原因，并及時(shí)調(diào)整、維護(hù)使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4 預(yù)脫鹽系統(tǒng)產(chǎn)生量下降原因分析

預(yù)脫鹽系統(tǒng)摻水量嚴(yán)重下降過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員組對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)表征現(xiàn)象，先后排除了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、超濾短絲、膜表面結(jié)垢、有機(jī)物污染等方面因素導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)污堵。

4.1 漏鋁對(duì)反滲透系統(tǒng)危害

4.1.1 反滲透污染物鋁離子來(lái)源

針對(duì)鋁離子異常，開展了對(duì)原水及超濾產(chǎn)水鋁離子含量進(jìn)行分析，分析結(jié)果原水中含有的鋁離子含量極低，只有0.01～0.015ppm左右，超濾產(chǎn)水鋁離子的含量上升了10倍左右，達(dá)到0.12～0.14ppm。針對(duì)污染物鋁的來(lái)源做了進(jìn)一步的檢測(cè)和分析，系統(tǒng)中鋁離子的來(lái)源有兩種：一是絮凝劑PAC（聚合氯化鋁）；二是流道設(shè)備中有鋁質(zhì)的析出。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備材料分析，流道設(shè)備鋁的析出的可能性基本可以排除。因此，反滲透膜表面污染物來(lái)自于絮凝劑PAC。也就是說(shuō)，預(yù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)了漏鋁現(xiàn)象。

4.1.2 預(yù)處理漏鋁原因分析

鋁鹽絮凝劑投加到水中后所形成的水絡(luò)合離子的水解過(guò)程是一個(gè)不斷放出質(zhì)子H+的過(guò)程。因此，在不同的PH值條件下，將有不同形態(tài)的Al3+水解產(chǎn)物。當(dāng)PH值<4.0時(shí)，以高電荷低聚合度的羥基絡(luò)合離子為主要形態(tài)；當(dāng)pH=6.0～7.0時(shí)，以難溶的氫氧化鋁為主要形態(tài)，當(dāng)pH>8.0～9.0時(shí)，氫氧化鋁被溶解為可溶性的帶負(fù)電荷的絡(luò)合陰離子。由于水的PH值不同，Al3+的水絡(luò)合離子的形態(tài)也不相同，因此對(duì)混凝處理的影響效果也不同。

水溫對(duì)漏鋁也存在一定的影響，鋁鹽混凝劑的水解反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，水溫變化直接影響鋁鹽的水解程度，研究表明：隨著水溫降低，漏鋁呈較快上升趨勢(shì)；當(dāng)水溫升高，混凝的最佳pH值降低，在pH環(huán)境大于7的情況下，水中鋁的溶解以AL（OH）3+H2O==AL（OH）4-+H+為主；溫度升高，平衡有向右移動(dòng)而增大溶解度的趨勢(shì)，此時(shí)若力圖降低溶解鋁使平衡左移，則需增加H+，減少pH值。因此，水溫增加，相對(duì)應(yīng)的最佳pH值降低。

4.1.3 預(yù)處理漏鋁的危害

由于鋁鹽是難溶鹽，溶度積KSP很低，Al（OH）3的KSP為3×10-34，AlPO4的KSP為9.84×10-21，遠(yuǎn)比CaCO3的KSP（3.36×10-9）低，非常容易沉積；而且Al3+的水解產(chǎn)物在水中的形態(tài)比較復(fù)雜；反滲透進(jìn)水對(duì)Al3+的含量有明確的上限要求。在DOW公司的產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)中明確指出，反滲透進(jìn)水中的低濃度鋁（例如0.05ppm）就會(huì)引起系統(tǒng)性能的下降。因此，反滲透進(jìn)水的鋁濃度應(yīng)該控制在0.05ppm以內(nèi)，目前進(jìn)水中鋁的濃度是0.1pp左右，這將導(dǎo)致一系列的問(wèn)題：

（1）Al3+在反滲透系統(tǒng)的濃縮過(guò)程中，濃度將提高3～4倍，由于Al（OH）3KSP很低，自身將形成難溶鹽，產(chǎn)生沉積；

（2）鋁在濃縮過(guò)程中，與低濃度的硅以及磷酸根產(chǎn)生硅酸鋁和磷酸鋁的沉積；

（3）阻垢劑對(duì)鋁也很敏感，而且阻垢劑與鋁形成的污堵產(chǎn)物將會(huì)成為微生物的養(yǎng)分，進(jìn)而發(fā)生生物污染。

通過(guò)上述分析，因?yàn)槁╀X，在反滲透保安過(guò)濾器和反滲透膜表面沉積，導(dǎo)致保安過(guò)濾器濾芯頻繁跟換和反滲透系統(tǒng)運(yùn)行壓差上述使得反滲透系統(tǒng)段間壓差增大，產(chǎn)水量下降。因此，預(yù)處理系統(tǒng)漏鋁是預(yù)脫鹽系統(tǒng)處理出了下降最重要的原因。

4.2 殺菌加藥設(shè)備缺陷是導(dǎo)致反滲透污染次要原因

承包商為我公司反滲透系統(tǒng)配備了殺菌加藥設(shè)備，其溶藥箱采用了鋼制襯膠設(shè)備，殺菌劑是強(qiáng)氧化劑，氧化了襯膠層，形成了粉狀黑色顆粒物，進(jìn)入了反滲透系統(tǒng)，進(jìn)一步加劇了反滲透系統(tǒng)污堵。

5 系統(tǒng)加藥優(yōu)化調(diào)整及調(diào)整后結(jié)果

5.1 系統(tǒng)加藥系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整調(diào)整試驗(yàn)

5.1.1 調(diào)整原水pH、改變混凝環(huán)境

原水值pH較高，基本維持在8.1～8.2，當(dāng)原水PH值超過(guò)8.0時(shí)，漏鋁的概率將大大增加，因此，對(duì)原水加入少量的酸，盡量控制pH值在7.3～7.6之間改變混凝環(huán)境，防止漏鋁現(xiàn)象的發(fā)生。

5.1.2 降低絮凝劑投加量，降低漏鋁風(fēng)險(xiǎn)

預(yù)脫鹽系統(tǒng)投入運(yùn)行后，預(yù)處理水量只增加了20%左右，但為了滿足超濾進(jìn)口濁度小于1.0NTU以下，提高了聚合氯化鋁的投加量，加藥濃度增加了58%，達(dá)到40ppm以上，這是造成超濾出水鋁離子含量超標(biāo)的主要原因。為此，通過(guò)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，超濾進(jìn)水不在以超濾進(jìn)口濁度小于1.0NTU作為控制標(biāo)準(zhǔn)，將加藥量控制在18～25ppm左右，降低了反應(yīng)沉淀池的加藥量。

5.1.3 增加水質(zhì)監(jiān)督，控制漏鋁現(xiàn)象

在正常水質(zhì)監(jiān)督過(guò)程中，加強(qiáng)了對(duì)超濾出水鋁離子的含量檢測(cè)，通過(guò)加藥調(diào)整，確保了反滲透進(jìn)水鋁離子含量滿足標(biāo)準(zhǔn)。

5.1.4 加強(qiáng)反滲透阻垢劑加藥量的調(diào)整

在正常運(yùn)行過(guò)程中，及時(shí)根據(jù)水質(zhì)中成垢離子含量的分析，根據(jù)及時(shí)調(diào)整阻垢劑的加藥量

5.2 調(diào)整后結(jié)果

通過(guò)上述優(yōu)化調(diào)整后，該公司預(yù)脫鹽系統(tǒng)運(yùn)行狀況大為改善。主要表現(xiàn)在：（1）保安過(guò)濾器濾芯更換周期有原來(lái)的15天左右，延長(zhǎng)到5個(gè)月以上；（2）預(yù)脫鹽系統(tǒng)的產(chǎn)水能力逐漸恢復(fù)到設(shè)計(jì)要求。達(dá)到80m3/h。（3）反滲透經(jīng)過(guò)化學(xué)清洗后，段間壓差回復(fù)正常，達(dá)到0.15～0.18Mpa，反滲透清洗時(shí)間延長(zhǎng)到6個(gè)月左右。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)，根據(jù)原水pH及其它指標(biāo)，通過(guò)混凝試驗(yàn)，控制超濾產(chǎn)水鋁離子的含量，可提高預(yù)脫鹽系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

作者簡(jiǎn)介：劉德宏（1968，5-），男，江蘇鹽城，工程師，主要從事建設(shè)工程管理和電廠化學(xué)、環(huán)保等相關(guān)工作。