崔樹(shù)杰

（上海巴安水務(wù)股份有限公司，上海 201715）

山鷹華中紙業(yè)基地位于湖北省公安縣青吉工業(yè)園，此工程項(xiàng)目規(guī)劃分為三期，預(yù)計(jì)在2020年完成項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)營(yíng)。項(xiàng)目一期產(chǎn)能超55萬(wàn)t，配套熱電發(fā)電、污水處理、補(bǔ)給水處理，預(yù)計(jì)2019年初投產(chǎn)[1]。

熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目規(guī)模：終期5×410 t/h高溫超高壓CFB燃煤鍋爐（4用1備）+4×60 MW高溫超高壓背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組。其中，一期3×410 t/h CFB燃煤鍋爐（2用1備）+2×60 MW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，一期一階段2×410 t/h CFB燃煤鍋爐（1用1備）+1×60 MW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組[1]。

化學(xué)水站水源采用廠區(qū)凈水站的產(chǎn)水，凈水站水源為長(zhǎng)江水，處理流程為“長(zhǎng)江水→PAC投加→絮凝反應(yīng)池→濾池→清水池”。考慮將城市自來(lái)水作為備用水源。

1 設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件

1.1 水質(zhì)分析

水質(zhì)分析結(jié)果如表1所示。

1.2 系統(tǒng)工藝流程

化學(xué)水站系統(tǒng)采用“超濾+兩級(jí)反滲透+電除鹽”全膜法除鹽水處理系統(tǒng)，詳細(xì)工藝流程如下：清水池→超濾進(jìn)水泵→換熱器→自清洗過(guò)濾器→超濾裝置→超濾水池→一級(jí)增壓泵→一級(jí)保安過(guò)濾器→一級(jí)高壓泵→一級(jí)反滲透裝置→除碳器→一級(jí)反滲透水池→二級(jí)增壓泵→二級(jí)高壓泵→二級(jí)保安過(guò)濾器→二級(jí)反滲透裝置→二級(jí)反滲透水池→EDI進(jìn)水泵→EDI保安過(guò)濾器→EDI裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房母管。

表1 水質(zhì)報(bào)告

1.3 系統(tǒng)出力

系統(tǒng)最終出力4×110 t/h。各級(jí)設(shè)備容量的最低配置如表2所示。

表2 設(shè)備容量

1.4 系統(tǒng)功能介紹

1.4.1 混合式換熱器

本工程設(shè)置4臺(tái)混合式換熱器對(duì)超濾進(jìn)水進(jìn)行加熱，換熱器的熱源為輔助蒸汽，應(yīng)控制清水出水水溫為25℃。

1.4.2 機(jī)械過(guò)濾

本項(xiàng)目設(shè)置4套自動(dòng)反洗碟片過(guò)濾器，其精度位130 μm，具有以下優(yōu)點(diǎn)：過(guò)濾高效穩(wěn)定，反洗水量極小，節(jié)省占地；根據(jù)壓差/定時(shí)進(jìn)行自動(dòng)反洗，反洗不斷流；碟片耐腐性能強(qiáng)，適合復(fù)雜流體和環(huán)境。本項(xiàng)目采用內(nèi)源反沖洗系統(tǒng)，設(shè)備在反洗階段時(shí)，出水管的壓力（反洗用壓力）需要達(dá)到或超過(guò)2.5 BAR，出口有保壓要求。

1.4.3 超濾

超濾（Ultrafiltration）是一種超微孔過(guò)濾技術(shù)，是以壓力為推動(dòng)力，利用超濾膜不同孔徑對(duì)液體進(jìn)行分離的物理篩分過(guò)程[2]。在一定壓力下，當(dāng)原液流過(guò)典型孔徑在0.01～0.10 μm的超濾膜表面時(shí)，粒徑大于微孔徑的物質(zhì)被截留，水及小分子物質(zhì)則可以通過(guò)，從而為后續(xù)系統(tǒng)提供穩(wěn)定和優(yōu)異的出水水質(zhì)。由于超濾膜孔徑已到達(dá)納米級(jí)，對(duì)于水中細(xì)菌、病毒、膠體、顆粒、大分子量有機(jī)物都具有高效的截留分離作用，已成為水處理中的常規(guī)應(yīng)用技術(shù)之一。本項(xiàng)目每套采用賽諾膜SMT600-SP80組件44支，共4套。配置反洗/清洗系統(tǒng)各一套。正常情況下，四組超濾膜組件可單套運(yùn)行或四套同時(shí)運(yùn)行。在系統(tǒng)不停設(shè)備的前提下，四套裝置可依次進(jìn)行反洗和清洗。,

1.4.4 反滲透

本項(xiàng)目根據(jù)水質(zhì)水質(zhì)了兩級(jí)級(jí)反滲透，一級(jí)反滲透用主要用于初步去除水中各種溶解固形物即鹽分；二級(jí)反滲透主要用于進(jìn)一步去除水中各種溶解固形物即鹽分。一級(jí)RO四套，單套最大出力144 t/h，回收率75%。每套配置一臺(tái)精度為5 μm的保安過(guò)濾器，每套180支膜元件，按照20:10的比例分兩段排列布置。二級(jí)RO兩套，單套最大出力122 t/h，回收率75%，每套120支膜元件，按照13:7的比例分兩段排列布置。產(chǎn)品水管上設(shè)防爆膜，濃水排水裝流量控制閥（穩(wěn)流閥），以控制水的回收率。整套裝置應(yīng)設(shè)有程序啟停裝置，停用后能延時(shí)自動(dòng)沖洗。

一級(jí)反滲透采用陶氏BW30FR-400反滲透元件，使用FR元件，僅需較少的元件便可達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)水量。二級(jí)反滲透采用陶氏BW30HRLE-440型極低壓反滲透元件，可以有效地去除二氧化硅、硼、硝酸鹽異丙胺和氨，節(jié)能效益明顯。

RO裝置各段給水及濃水進(jìn)出水總管上設(shè)有足夠連接清洗液進(jìn)、出的管道及閥門(mén)，分段清洗。每套R(shí)O裝置各段的清洗進(jìn)、出管路上要求設(shè)置1個(gè)氣動(dòng)閥。

整套裝置設(shè)有程序啟停裝置，停用后能延時(shí)自動(dòng)沖洗。

裝置每根高壓容器產(chǎn)品水管（設(shè)置集中取樣柜）和濃水管應(yīng)設(shè)取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)的數(shù)量及位置能有效地診斷并確定系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。組合架的設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足其廠址的抗震烈度要求和組件的膨脹要求。系統(tǒng)測(cè)量配置點(diǎn)及數(shù)量等要滿(mǎn)足本系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行需要。

每套反滲透裝置都配有就地控制盤(pán)，且配有氣動(dòng)或電動(dòng)控制元器件，該元器件應(yīng)為原裝進(jìn)口的可靠產(chǎn)品。反滲透膜是一種半透膜，僅能讓某些物質(zhì)（如水）容易通過(guò)，而其他物質(zhì)（如溶解鹽）則不讓通過(guò)[2]。如果純水與鹽溶液被一張半透膜隔開(kāi)，純水就會(huì)通過(guò)膜進(jìn)入鹽溶液，如圖1所示。

圖1 反滲透原理

1.4.5 EDI（電除鹽）

EDI的工作原理：該裝置包括陰、陽(yáng)離子交換膜，陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，直流電源等設(shè)備。其中，陰離子交換膜只允許陰離子透過(guò)，不允許陽(yáng)離子通過(guò)；而陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子透過(guò)，不允許陰離子通過(guò)。陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂充夾在陰、陽(yáng)離子交換膜之間形成單個(gè)處理單元，并構(gòu)成淡水室。單元與單元之間用網(wǎng)狀物隔開(kāi)，形成濃水室。單元組兩端的直流電源陰、陽(yáng)電極形成電場(chǎng)。來(lái)水流經(jīng)淡水室，水中的陰、陽(yáng)離子在電場(chǎng)作用下通過(guò)陰、陽(yáng)離子交換膜被清除，進(jìn)入濃水室。在離子交換膜之間充填的離子交換樹(shù)脂大大地提高了離子被清的速度。同時(shí)，水分子在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生氫離子和氫氧根離子，這些離子對(duì)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行連續(xù)再生，以使離子交換樹(shù)脂保持最佳狀態(tài)。

EDI裝置設(shè)計(jì)回收率不小于90%，濃水室供水管路應(yīng)裝設(shè)流量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥，以控制水的回收率。

每套CEDI裝置由22個(gè)模塊集裝在一個(gè)框架上，成套供貨，每個(gè)小模塊選擇5 m3/h的出力。EDI裝置根據(jù)其結(jié)構(gòu)型式合理布置，便于操作、檢修和膜塊更換。

EDI裝置設(shè)計(jì)回收率不小于90%，濃水室供水管路裝設(shè)流量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥，以控制水的回收率。

裝置內(nèi)低壓管道均采用塑料材質(zhì)，管道連接采用焊接（焊材應(yīng)與母材相同）或熱熔的方式，確保管道連接處光滑平整、美觀嚴(yán)密，杜絕運(yùn)行中的跑冒滴漏現(xiàn)象。高壓部分采用304SS材質(zhì)，進(jìn)出水母管流速不得大于1.5 m/s。

圖2 CEDI模塊內(nèi)部原理

EDI極室產(chǎn)氣應(yīng)及時(shí)得以排除，以確保安全。對(duì)多獨(dú)立膜塊并聯(lián)安裝的EDI系統(tǒng)保證各膜塊流量分配均勻，每一EDI膜塊的進(jìn)出水支管與母管均應(yīng)有相應(yīng)的隔離門(mén)，以使任一膜塊工作故障時(shí)通過(guò)閥門(mén)進(jìn)行系統(tǒng)隔離而不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。EDI裝置具有程序啟停功能，出水端應(yīng)設(shè)啟動(dòng)初期不合格出水排放管及自動(dòng)排放閥。極水管應(yīng)設(shè)置氣體排放措施。

EDI裝置淡水、濃水系統(tǒng)設(shè)各自獨(dú)立的清洗接口。EDI裝置組合架的設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足廠址抗震烈度的要求和組件膨脹要求。EDI裝置采用不銹鋼框架，要求美觀大方。每套EDI設(shè)備設(shè)置一臺(tái)就地儀表操作盤(pán)，在就地盤(pán)上可讀出有關(guān)工藝參數(shù)。其通過(guò)輔網(wǎng)控制系統(tǒng)的DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)操作整個(gè)系統(tǒng)的功能。每一塊EDI模塊都應(yīng)配置完全獨(dú)立的DC電源控制盒，可以保證任何一塊模塊因操作原因出現(xiàn)過(guò)熱時(shí)會(huì)自動(dòng)切斷該模塊的電源，而系統(tǒng)中其他模塊仍能正常運(yùn)行。CEDI整流裝置應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并有電流、電壓方面的顯示。

2 主要工藝設(shè)備

2.1 混合式換熱器

本工程設(shè)置4臺(tái)混合式換熱器對(duì)超濾進(jìn)水進(jìn)行加熱，換熱器的熱源為輔助蒸汽，應(yīng)控制清水出水水溫為25℃。加熱器設(shè)置溫度傳感器及溫度控制閥，通過(guò)自動(dòng)控制，使其水溫恒定；進(jìn)入加熱器的給水母管最低點(diǎn)應(yīng)設(shè)排放閥，熱源入口設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)閥和自動(dòng)關(guān)斷閥，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥可以根據(jù)換熱器出口的原水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。蒸汽加熱器能使384 m3/h的水從5℃加熱到25℃。

2.2 自清洗過(guò)濾器

數(shù)量4臺(tái)，型式為疊片式，單臺(tái)設(shè)備出力為192 m3/h；過(guò)濾精度為130 μm；控制方式：根據(jù)壓差時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)反洗啟動(dòng)。

2.3 超濾裝置

裝置數(shù)量為4套，單套連續(xù)凈出力172 m3（/h·臺(tái)）（25℃時(shí)）；超濾裝置膜元件排列方式為垂直并列，進(jìn)水回收率≥90%（含自清洗過(guò)濾）；單只膜面積＜60 m2；膜元件總面積≥7 000 m2；膜通量＜55 L/（m2·h）；膜材質(zhì)PVDF；超濾膜型式為外壓式；運(yùn)行壓降≤0.15 MPa，有壓差保護(hù)，超壓差停機(jī)；出水水質(zhì)SDI≤3，濁度≤0.3 NTU。

2.4 除碳器

設(shè)備臺(tái)數(shù)2臺(tái)，型式為立式圓柱形，直徑2 500 mm；填料高度＞2 000 mm；淋水密度為60，配套風(fēng)機(jī)2臺(tái)，帶防護(hù)罩，風(fēng)量70～90 m3/min。

2.5 一級(jí)反滲透裝置

裝置套數(shù)4套，單套出力144 m3/（h·套）（25℃）；回收率為75%；系統(tǒng)脫鹽率≥97%（25℃時(shí)）；排列（級(jí)段）方式為一級(jí)兩段20:10；膜型號(hào)為BW30FR-400。

2.6 二級(jí)反滲透裝置

裝置套數(shù)4套，單套出力122 m3/（h·套）（25℃）；回收率為85%；系統(tǒng)脫鹽率≥97%（25℃時(shí)），排列（級(jí)段）方式為一級(jí)兩段13:7；膜型號(hào)為BW30HRLE-440。反滲透膜組件的給水投加還原劑及阻垢劑，化學(xué)清洗劑根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況和膜的污堵程度進(jìn)行調(diào)配。

2.7 EDI裝置

裝置套數(shù)為4套，單套出力110 m3/（h·套）（25℃）；回收率≥90%；產(chǎn)水水質(zhì)：25℃時(shí)電導(dǎo)率≤0.10 μS/cm，二氧化硅≤10 μg/L，pH值為6.5～7.0；額定出力進(jìn)出水壓差：一年內(nèi)≤0.15 MPa，滿(mǎn)五年≤0.20 MPa；膜塊配置數(shù)量：22塊/套；膜塊平均產(chǎn)水量5 m3/（h·塊）；產(chǎn)水直流電耗：0.03 kW·h/t產(chǎn)水；產(chǎn)水總電耗：0.6 kW·h/t產(chǎn)水。

3 性能考核項(xiàng)目

3.1 超濾系統(tǒng)性能保證值

產(chǎn)水量≥ 155 m3/h（套）（25℃）；SDI指數(shù)≤ 3（運(yùn)行三年后）；水的回收率≥90%。

3.2 一級(jí)反滲透系統(tǒng)性能保證值

對(duì)于一級(jí)RO脫鹽率，運(yùn)行第一年≥98%，運(yùn)行三年后≥96%；對(duì)于二級(jí)RO脫鹽率，運(yùn)行第一年≥97%，運(yùn)行三年后≥95%；對(duì)于二級(jí)RO出水電導(dǎo)率，運(yùn)行第一年≤5 μs/cm，運(yùn)行三年后≤10 μs/cm。

一級(jí)RO產(chǎn)水量≥135 m3/h（套）（25℃），二級(jí)RO產(chǎn)水量≥122 m3/h（套）（25℃）。對(duì)于水的回收率，一級(jí)反滲透系統(tǒng)≥73%（運(yùn)行三年后），二級(jí)反滲透系統(tǒng)≥85%（運(yùn)行三年后）。

3.3 EDI電去離子系統(tǒng)性能保證值

產(chǎn)水量≥110 m3/h（套）（25℃）；電阻率＞10 MΩ·cm（25℃）；二氧化硅＜10 μg/L（3年保證）；水的回收率（EDI系統(tǒng)）≥90%。

4 結(jié)論

全膜法是目前較成熟的水處理工藝，在鍋爐給水、電子行業(yè)、電廠行業(yè)應(yīng)用比較廣泛，尤其是在原水水質(zhì)差的大型系統(tǒng)中其優(yōu)點(diǎn)非常突出。目前，超濾、EDI等生產(chǎn)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)成熟，這樣就大大降低了處理成本，反滲透技術(shù)也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，很多進(jìn)口品牌已經(jīng)在國(guó)內(nèi)量產(chǎn)，價(jià)格比以前有所降低。隨著價(jià)格的進(jìn)一步降低以及環(huán)保水平要求的提高，RO、EDI已經(jīng)成為電力行業(yè)純水制備的主流技術(shù)。