連續(xù)電滲析除鹽裝置的污染分析及再生處理

姜曉虎，傅仕海，蘇雪鳳

(1.國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 210032;2.新疆眾和股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830013)

1 問題的提出

連續(xù)電滲析除鹽技術(shù)EDI(Electrodeionization)是近年來水處理技術(shù)中最重大的進(jìn)展之一，在電子、化工等超純水行業(yè)應(yīng)用廣泛，近年來在我國電廠鍋爐補(bǔ)給水處理工藝中得到快速應(yīng)用。2000年，該技術(shù)開始在濟(jì)南金嶺熱電廠鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)中得到應(yīng)用;2003年，在山西古交電廠2×300 MW機(jī)組亞臨界鍋爐的補(bǔ)給水系統(tǒng)中也得到了應(yīng)用。

傳統(tǒng)的離子交換工藝及其預(yù)處理技術(shù)已非常成熟，由于超濾及反滲透膜法處理技術(shù)具有無需酸堿再生、易作、可連續(xù)制水和出水水質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，在鍋爐補(bǔ)給水預(yù)處理系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。作為全膜法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就在于EDI替代了離子交換。EDI技術(shù)與超濾、反滲透技術(shù)相結(jié)合，形成了超濾+反滲透(兩級)+EDI的全膜法新工藝，該工藝現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電廠鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)中。

2 新疆眾和熱電廠全膜水處理工藝設(shè)計(jì)

2.1 水質(zhì)和水量

新疆眾和熱電廠位于新疆維吾爾自治區(qū)甘泉堡高新工業(yè)園內(nèi)。電廠主水源擬由500水庫供給，該水庫位于電廠東北約4km處。500水庫是一座人工建壩四面圍筑而成的平原式注水水庫，水庫已于2005年年底注水。

預(yù)處理系統(tǒng)(多介質(zhì)過濾器+超濾裝置)，多介質(zhì)過濾器設(shè)計(jì)出力為4×55 m3/h，超濾凈出力為2×94 m3/h;一級反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為 2×75 m3/h;二級反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為2×64 m3/h;EDI系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為2×57 m3/h。

設(shè)計(jì)水質(zhì)狀況見表1。

表1 水質(zhì)全分析報(bào)告 mg/L

2.2 工藝流程

原水→殺菌劑→生水箱→生水泵→多介質(zhì)過濾器→50 μm保安過濾器→超濾裝置→超濾水箱→超濾水泵→還原劑/阻垢劑加藥→5 μm保安過濾器→一級高壓泵→一級反滲透水處理(RO)裝置→一級淡水箱→一級淡水泵→保安過濾器→二級高壓泵→二級反滲透裝置→二級淡水箱→二級淡水泵→1μm保安過濾器→連續(xù)電除鹽裝置(EDI)→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房用水點(diǎn)。

2.3 主要工藝設(shè)備技術(shù)參數(shù)

主要工藝設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 主要工藝設(shè)備技術(shù)參數(shù)

3 EDI裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及解決

3.1 EDI裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問題

該系統(tǒng)設(shè)2套EDI裝置，并列布置。每套EDI裝置設(shè)LXM45Z膜塊10個，配電源柜1個，電源柜內(nèi)設(shè)5個直流電源整流器，將供給的交流電經(jīng)過整流元件的整流，變換成直流電6 A，600 V輸給EDI模塊，采用一拖二設(shè)計(jì)，即每個電源整流器給2個EDI模塊供電。電源按恒電流設(shè)計(jì)運(yùn)行，運(yùn)行初期電源模塊設(shè)定值為350 V，4 A。

該工程投運(yùn)后，在達(dá)到設(shè)計(jì)出力的工況下，運(yùn)行狀態(tài)良好，EDI裝置進(jìn)水電導(dǎo)率在2 μS/cm左右，EDI裝置出水電阻在16 MΩ左右，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2011年10月下旬，據(jù)電廠運(yùn)行人員反映，#2電源柜電壓輸出變大，5塊電壓表從10月20日的350 V增加到10月31日的500 V左右，#2 EDI裝置降低出力運(yùn)行。至2011年11月初，出水水質(zhì)變差，出水電阻在10 MΩ左右，同時電流降至3A左右，#2 EDI裝置停運(yùn)。

#1 EDI裝置出水水質(zhì)正常，運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 EDI裝置污染原因分析

該工程在二級反滲透裝置進(jìn)水處加堿，控制二級反滲透裝置的進(jìn)水pH值在8.5左右，以利于CO2的有效去除。二級反滲透裝置和EDI裝置均采用單列切換運(yùn)行，二級反滲透裝置中的#1裝置對應(yīng)EDI的#1裝置，二級反滲透裝置中的#2裝置對應(yīng)EDI的#2裝置。二級淡水箱容積30 m3，水力停留時間HRT(Hydraulic Retention Time)僅為28 min，因此，二級反滲透裝置的運(yùn)行和對應(yīng)的每套EDI裝置的運(yùn)行有必然聯(lián)系，從而造成#1，#2 EDI裝置運(yùn)行上的差異。

在現(xiàn)場進(jìn)行了如下的排查:

(1)對2套二級反滲透裝置的出水進(jìn)行檢測，測試了每根膜殼的產(chǎn)水電導(dǎo)率，結(jié)果見表3。從表3中可以看出，2套二級反滲透裝置出水電導(dǎo)正常，#2反滲透裝置9個膜殼出水電導(dǎo)偏差較大。

(2)對2套EDI裝置進(jìn)水流量計(jì)進(jìn)行檢查校驗(yàn)，并通過與水箱液位測量出的體積進(jìn)行比對，流量計(jì)是準(zhǔn)確的，2套EDI裝置不存在流量偏差現(xiàn)象。

表3 二級膜殼淡水電導(dǎo)率 μS/cm

(3)對可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller)自動運(yùn)行的程序、聯(lián)鎖等進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)二級反滲透裝置#2高壓泵啟動時，加堿計(jì)量泵的聯(lián)鎖出現(xiàn)故障，堿泵不能啟動，也就是#2二級反滲透裝置運(yùn)行時，是在不加堿狀態(tài)之下運(yùn)行的。通過測量其進(jìn)水pH值，證明沒有加堿。

EDI進(jìn)水控制指標(biāo)TEA(Total Exchangeable Anions)相對于電導(dǎo)率來說，它更能真實(shí)地反映出進(jìn)水的狀況，TEA即包含二級反滲透未能去除的CO2。因此，盡管測量了電導(dǎo)率數(shù)值，卻未發(fā)現(xiàn)其進(jìn)水異常。

3.3 #2 EDI裝置污染問題的解決方法

3.3.1 采用加大電壓電流再生的方法

(1)將#2二級反滲透裝置的加堿聯(lián)鎖重新設(shè)置好并控制#2二級反滲透的進(jìn)水pH值，pH值一般控制在8.5為宜;

(2)將#2 EDI的進(jìn)水水量控制在40 m3/h，為設(shè)計(jì)水量的62.5%;

(3)將各個直流電源的電壓調(diào)至最高。

3.3.2 再生過程中的主要數(shù)據(jù)

2011-11-30 T 12:37，#2 EDI裝置開始再生運(yùn)行，2011-12-01 T 15:08，#2 EDI裝置再生初步結(jié)束，#2 EDI裝置再生過程中#1～#5電流模塊的電壓電流值變化情況見表4。

由表4數(shù)據(jù)可知，#2電流模塊所控制的2個EDI模塊再生效果最好，而且電壓也有所下降;#1，#3，#4電流模塊所控制的6個EDI模塊再生效果也較好;而#5電流模塊所控制的2個EDI模塊再生效果較差，未能恢復(fù)到正常狀態(tài)。

經(jīng)過分析，#5電流模塊所控制的2個EDI模塊布置在管線的末端，可能出現(xiàn)流量不均衡，即單個模塊出力比其他8個EDI模塊多，造成的污堵情況更為嚴(yán)重，所以，再生效果不及其他模塊好。

將8個恢復(fù)好的模塊調(diào)節(jié)到正常電壓電流運(yùn)行，#5電流模塊所控制的2個EDI模塊繼續(xù)按再生的電壓電流運(yùn)行，運(yùn)行48 h后，#5電流模塊所控制的2個EDI模塊也恢復(fù)了正常。

表4 #1～#5電流模塊電力電壓變化情況

4 結(jié)論

(1)二級反滲透加堿去除CO2，對后續(xù)EDI單元的運(yùn)行影響較大。若不加堿的話，EDI的進(jìn)水電導(dǎo)率與總可交換陰離子TEA(Total Exchangeable Anion)值相差較大，可參考性不強(qiáng)。

(2)EDI裝置配管設(shè)計(jì)時一定要考慮水力均衡，以使每套裝置內(nèi)各模塊的進(jìn)出水阻力損失相當(dāng)。同時每個模塊進(jìn)出水設(shè)就地玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)和手動閥，以便通過調(diào)節(jié)閥門使各模塊處理水量相當(dāng)，不致出現(xiàn)偏流現(xiàn)象。

(3)若在運(yùn)行中出現(xiàn)電壓升高的情況，一定要進(jìn)行分析，找到原因，同時采取措施，加大電流進(jìn)行再生。不能等到污堵嚴(yán)重時再采取措施，這樣容易造成再生困難，從而影響正常運(yùn)行。

［1］馮逸仙.反滲透水處理工程［M］.北京:中國電力出版社，2000.