夏鈺，張松，陶其華

(云南華電昆明發(fā)電有限公司，昆明 650308)

1 預除鹽系統(tǒng)概況

自2000年以來，國家大力擴展電力裝機容量，火力發(fā)電行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，其中電力水處理工藝也開始使用更加先進的設備和技術，超濾和反滲透技術的運用越來越多。

某發(fā)電公司2×300 MW機組2003年始建，2005—2006年先后投產，設計水源為山間溪流地表水，采用機械攪拌澄清池絮凝處理后經細砂過濾器、活性炭過濾器、強酸陽離子交換器+強堿陰離子交換器+混合離子交換器處理。2011年，機組開始對外供汽，鍋爐補水量越來越大，加之山澗溪流蓄水量和水質受天氣影響巨大，導致一級除鹽系統(tǒng)樹脂污染，周期制水量從9 000 t降至1 000 t，需反復再生。為擴大鍋爐補給水系統(tǒng)用水水源，提高一級除鹽進水水質，2015年該公司對鍋爐補給水系統(tǒng)進行改造，將活性炭過濾器改為旁路運行，在細砂過濾器和陽床之間增加疊片式過濾器+科氏中空纖維膜超濾+陶氏聚酰胺復合膜反滲透系統(tǒng)。投運后，采用儲水量更大的河水蓄水池來水作為水源，使用原有的循環(huán)水預處理系統(tǒng)，即將原水經過機械攪拌澄清池通過石灰和高分子聚合鐵混合反應、絮凝沉淀處理后通過砂濾池過濾的方式進行處理，作為鍋爐補給水系統(tǒng)的進水水源。鍋爐補給水系統(tǒng)改造前、后流程如圖1所示。

系統(tǒng)改造后，預除鹽系統(tǒng)運行情況并不理想。由于取水河流水質為劣V類水質，水中含有大量氨氮和藻類，細菌滋生嚴重，導致超濾反滲透系統(tǒng)投運之初反復污堵，超濾系統(tǒng)每月清洗1次，反滲透系統(tǒng)每2周清洗1次，反滲透保安過濾器每2周更換1次。反滲透系統(tǒng)設計產水量為64 m3/h，實際#1機組產水量為45 m3/h，#2機組產水量為50 m3/h，分別下降29.7%和21.9%。

2 原因分析

2.1 水質分析

該公司使用劣V類地表水作為原水，原水經石灰預處理混凝澄清砂濾后的軟水作為鍋爐補給水系統(tǒng)水源，主要水質分析見表1。

從表1可以看出，原水和軟水中含鹽量屬中等水平，無機鹽成分中硫酸鹽、鈉稍高。原水中含量較高、波動較大的NH3+，NO3-，CODcr，PO43-屬生物生成物質，在夏季繁殖滋生后質量濃度升高。

圖1 鍋爐補給水系統(tǒng)改造前、后流程Fig.1 Feed water systems before and after the transformation

項目原水冬季夏季 軟水冬季夏季電導率/(μS·cm-1)496485 425448濁度/NTU27.4042.10 0.273.10全固形物/(mg·L-1)292.6340.6 324.2312.8懸浮物/(mg·L-1)12.614.2 0.22.4全硅/(mg·L-1)1.847.57 1.754.22w(Ca2+)/(mg·L-1)24.0526.05 16.0320.04w(Na+)/(mg·L-1)55.10116.00 37.1089.00w(Fe2+)/(mg·L-1)0.180.84 0.110.67w(NH3+)/(mg·L-1)0.993.40 0.270.42w(Cl-)/(mg·L-1)45.0041.00 53.0045.00w(SO42-)/(mg·L-1)54.7342.80 88.5585.10w(NO3-)/(mg·L-1)24.1642.25 13.3426.59w(PO43-)/(mg·L-1)1.893.61 0.440.64化學需氧量(CODcr)/(mg·L-1)15.3627.22 8.6424.19全堿度/(mmol·L-1)2.84.0 0.72.8總硬度/(mmol·L-1)3.01.8 2.32.0

2.2 設備運行方式分析

2.2.1 混凝澄清系統(tǒng)

(1)預除鹽系統(tǒng)投運之初，次氯酸鈉電解裝置產生的次氯酸鈉質量濃度只有2.5 g/L，石灰預處理系統(tǒng)澄清池(容量1 500 m3)投加質量濃度只能達到0.5 mg/L，余氯基本為零，殺菌效果不佳。

(2)石灰預處理系統(tǒng)澄清池出水在線pH表維護狀況不佳，長期沒有進行校驗，不能為澄清池加藥情況提供監(jiān)視依據(jù)。

(3)石灰預處理系統(tǒng)澄清池排泥時間不足，導致澄清池渣層較厚，清水區(qū)有大量細小的絮凝物上浮并進入后續(xù)制水系統(tǒng)。

2.2.2 預除鹽系統(tǒng)運行情況

(1)鍋爐補給水系統(tǒng)澄清池(容量為148 m3)進水使用石灰預處理澄清池經砂濾池后的軟化水為主要水源，水源直接補入清水箱進入后續(xù)制水系統(tǒng)。

(2)超濾系統(tǒng)按照每次產水30 min、15次產水后堿洗1次、4次堿洗后酸洗1次的方式運行。超濾系統(tǒng)進水pH值調整情況不佳，常有超過8的情況。

(3)經檢查，反滲透系統(tǒng)進水保安過濾器濾芯上常附著有綠色透明黏狀物體，且有少量的紅色搖蚊幼蟲，新的濾芯使用2周后壓差基本超標并引起反滲透系統(tǒng)跳停。反滲透系統(tǒng)進水淤泥密度指數(shù)(SDI)值長時間大于3。

圖2 鍋爐補給水系統(tǒng)改造并調整后流程Fig.2 Feed water system process after the transformation and adjustment

(4)反滲透和超濾系統(tǒng)通常只用堿和酸各清洗1次，但清洗效果不佳。反滲透系統(tǒng)離線清洗后進水和濃水壓差基本只能恢復到0.13～0.15 MPa，比標準化壓差0.09 MPa高66.7%，產水量只能恢復到標準產水量的62.5%。超濾系統(tǒng)離線清洗后壓差雖然能恢復到0.10 MPa，但1個月后即上升至0.20 MPa左右，導致端蓋O形圈處漏水。

(5)細砂過濾器窺視孔處常常有大量紅色黏泥和搖蚊幼蟲。

(6)溫度對超濾和反滲透運行產水率影響較大，該公司夏季炎熱期水溫基本在20 ℃左右，而冬季水溫最低時在10 ℃左右。根據(jù)觀察，水溫降低10 ℃，超濾系統(tǒng)產水率下降10%以上，而反滲透系統(tǒng)產水率下降20%以上。

(7)預除鹽系統(tǒng)建成時，曾使用山澗溪流蓄水作為水源進行調試，通過鍋爐補給水系統(tǒng)機械攪拌斜板澄清池(容量148 m3)進行處理，調試流速為70～100 m3/h，加入聚合氯化鋁及助凝劑作為處理藥劑進行處理。由于水在澄清池停留時間短，反應時間不足，大量鋁鹽和助凝劑進入超濾和反滲透膜，導致膜堵塞。雖然后期停止使用河水原水，但膜的堵塞已經形成。

3 對策

3.1 設備維護

(1)對澄清池出口pH計和濁度儀進行校驗調整，對預除鹽系統(tǒng)相關濁度計、pH計、電導率和氧化還原電位(ORP)表進行定期校驗，保證其準確性，為水質調整提供準確依據(jù)[1]。

(2)將石灰預處理軟化水接入鍋爐補給水機械攪拌澄清池再澄清，在鍋爐補給水系統(tǒng)機械攪拌斜板澄清池入口接入次氯酸鈉藥劑，降低色度懸浮物，減少水中的生物體[1]。

(3)檢查超濾系統(tǒng)端蓋O形密封件并進行緊固處理，防止漏水和濃水、淡水互竄[2]。

(4)將蒸汽接至清水箱，提高超濾和反滲透系統(tǒng)的水溫，從而保持冬季超濾和反滲透系統(tǒng)的產水率。設備改造和維護后系統(tǒng)流程如圖2所示[2]。

3.2 運行方式調整

(1)為了確保所有礬花沉降，軟化水送至鍋爐補給水系統(tǒng)機械攪拌斜板澄清池進行再次澄清處理，并加入次氯酸鈉進行殺菌處理。加強石灰預處理和鍋爐補給水澄清池的排泥工作，保證出水濁度，防止絮凝物進入后續(xù)系統(tǒng)。

(2)嚴格控制超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)運行指標，特別是超濾進水pH值，由于經過生石灰處理的原水pH值較高(平均在9.8左右)，及時調整超濾進水pH值，將其控制在6.0～8.0，防止超濾結垢堵塞。反滲透前段系統(tǒng)加入了次氯酸鈉，因此必須控制還原劑加量，將反滲透進水ORP值嚴格控制在150 mV以下，以防止反滲透膜氧化[3]。

(3)3臺細砂過濾器全部投入使用，不設備用，每天使用空氣進行擦洗并將其設為定期工作，保證細砂過濾器出水品質，減少藻類和微生物進入后續(xù)系統(tǒng)。

(4)出于經濟性和安全性考慮，控制反滲透系統(tǒng)進水溫度，秋冬季水溫低于17 ℃時，投運蒸汽加熱系統(tǒng)，控制水溫在23 ℃左右，穩(wěn)定秋冬季反滲透和超濾系統(tǒng)產水量[3]。

(5)該公司預除鹽系統(tǒng)已運行2年以上，為延長膜的壽命，嚴格控制反滲透系統(tǒng)回收率在75%左右，不可過高；同時，適當調整超濾濃水排放量，降低污染物在超濾膜表面的附著速度。

3.3 超濾和反滲透系統(tǒng)清洗方式調整

3.3.1 超濾系統(tǒng)的清洗

超濾系統(tǒng)清洗流程較為簡單，主要分濃水側和淡水側的清洗。該公司超濾設備為科氏外壓式TARGA II 10072型中空纖維膜元件(18支)，錯流過濾，運行回收率≥95%。膜入口設計最高進水壓力為0.30 MPa，但保護定值為0.25 MPa聯(lián)鎖水泵跳停。根據(jù)經驗，一般進水壓力接近0.20 MPa，壓差增大，超濾系統(tǒng)整體產水能力就會大幅度下降，因此，通常壓差大于0.17 MPa就需手動進行化學清洗，否則會加快結垢和堵塞。

該公司原水主要污染物為微生物、細菌、膠體硅及少量聚鐵絮凝后的懸浮物，因此清洗時采取酸洗結合堿氯清洗的方式。超濾系統(tǒng)清洗流程如圖3所示。

圖3 超濾系統(tǒng)清洗流程Fig.3 Ultra-filtration system cleaning process

清洗過程中，可根據(jù)污染物的種類和污染程度選擇先酸洗還是先堿洗。第1次酸洗或第1次堿洗時，會迅速洗出大量的有色懸浮物，因此第1次酸洗和堿洗的清洗液短時循環(huán)后應排放掉，以免長時間循環(huán)后污染物再次壓實在膜壁上。該公司超濾的主要污染物為微生物和藻類，因此通常采取酸—堿—堿—酸，或堿—堿—酸—酸的4步清洗方式，兩次連續(xù)酸洗或連續(xù)堿洗之間，漂洗至清洗液肉眼不見懸浮物即可，不一定到中性。必須注意的是，次氯酸鈉清洗時清洗液pH值必須在9.5以上，否則會對膜造成嚴重的氧化，因此，次氯酸鈉通常和氫氧化鈉一同配置后進行清洗。循環(huán)時間通常是以膜的堵塞情況和運行時長為依據(jù)，適當延長或縮短。

除了人工離線清洗，超濾系統(tǒng)自身程序設計的在線清洗也必須與水質情況相結合，夏季與冬季的清洗頻率應根據(jù)水質、水溫進行相應的調整。在菌藻高發(fā)的夏季，堿洗頻率應相應增高，而冬季可以適當調低堿洗頻率而調高酸洗頻率，從而更經濟、安全地控制超濾的運行方式。

3.3.2 反滲透系統(tǒng)的清洗

該公司反滲透裝置為陶氏BW30-400FR型10∶5一級兩段配置，產水出力為64 m3/h，回收率為75%。反滲透進水水質通常與超濾處理能力有關，當預處理出水水質惡化時，超濾出水濁度、膠體硅、CODcr以及相關鹽類含量也會隨之大幅增加，從而進入反滲透膜，該公司反滲透膜的污染物主要為有機物、膠體和少量鹽類。按照陶氏反滲透膜說明書中的要求，通常以標準化產水率降低10%、進水濃水標準化壓差上升15%和透鹽率上升5%以上作為清洗標準，但在實際使用過程中，反滲透裝置整體運行情況與產水衰減速率和原水品質有很大關系，因此，該公司通常以進水和濃水壓差上升率以及產水流量降低百分比作為清洗的標準。反滲透系統(tǒng)的清洗相對超濾系統(tǒng)來說要復雜一些，主要流程如圖4所示[3]。

反滲透清洗過程中，酸堿清洗的順序視污染物種類和程度進行調整，對于該公司來說，主要污染物為有機物，因此通常采用堿—堿—酸—酸的清洗順序[4]。對于鐵的清洗，一般建議在微生物和無機鹽清洗之后進行效果較好，該公司反滲透膜為聚酰胺復合膜，廠家試驗表明，檸檬酸對這種膜的鐵污染清洗效果不佳，建議選擇Na2S2O4效果更好。對于反滲透膜微生物污染的問題，若堿洗效果不佳，應咨詢廠家選擇相應殺菌劑進行徹底的清洗殺菌[5]。

圖4 反滲透系統(tǒng)清洗流程Fig.4 Reverse osmosis system cleaning process

對于聚合氯化鋁的清洗，該公司還是采用酸洗的辦法，通過幾次堿—堿—酸—酸的清洗，超濾和反滲透系統(tǒng)的聚合氧化鋁是可以洗脫的。但污堵相對嚴重的#1反滲透裝置，壓差和產水量的恢復相對#2反滲透裝置較慢，還需要進行幾次清洗。

為了解每次清洗后的效果，必須記錄超濾和反滲透裝置清洗時的相關參數(shù)以及清洗前后的進水壓力、壓差、產水率、脫鹽率和出水水質，以便判斷該次清洗的效果，為下次清洗方案的調整建立數(shù)據(jù)支持[3]。

4 優(yōu)化效果

通過上述一系列的運行調整和改造，經過殺菌并澄清池處理的出水水質更為透亮，濁度基本能控制在3FTU以下，反滲透進水SDI值從之前的3～4降至1左右，細砂過濾器內可視寄生蟲和藻類明顯減少，反滲透系統(tǒng)的壓差由0.15 MPa降至0.10 MPa。

超濾和反滲透系統(tǒng)雖然使用劣V類地表水作為原水，但使用周期大大提高，超濾系統(tǒng)人工化學清洗后可以連續(xù)運行9個月以上，而反滲透系統(tǒng)從原有的每月進行1次人工清洗，延長到4～5個月進行1次人工清洗。反滲透保安過濾器濾芯使用壽命也延長至2個月以上。

人工清洗方式改變后，超濾系統(tǒng)清洗后入口壓力基本能降至0.10 MPa左右，壓差在0.04 MPa以下，產水量可明顯恢復至初始值。而反滲透系統(tǒng)清洗后一段壓差基本可控制在0.11 MPa左右，比標準化壓差0.09 MPa大0.02 MPa，#1反滲透產水量恢復至54 m3/h，#2恢復至60 m3/h，分別達到設計產水量的84.4%和93.8%。

5 結束語

預除鹽系統(tǒng)是基于精密膜過濾原理進行的水處理方式，原水的預處理對于超濾和反滲透系統(tǒng)的運行極為重要，只有將預除鹽進水水質調整至最佳狀態(tài)，盡可能減少膠體、懸浮物、藻類和菌群，控制好預處理和預除鹽系統(tǒng)運行的各項參數(shù)，方能有效地保持膜的透過率，從而降低清洗頻率，提高膜的壽命，同時也能減少保安過濾器濾芯的損耗，提高預除鹽系統(tǒng)運行的經濟性和安全性，真正體現(xiàn)預除鹽系統(tǒng)改造的效果。