上都電廠超濾在鍋爐補(bǔ)給水中的運(yùn)行分析及存在的問(wèn)題

陳海霞等

摘要：全膜法水處理工藝是一種由超濾（UF）、反滲透（RO）、電除鹽（EDI）制水設(shè)備組合在一起構(gòu)成的新型水處理制水技術(shù)，七種超濾作為一種預(yù)處理方式在全膜法工藝中起著舉足輕重的作用，本文著重介紹了超濾在上都電廠（4×600MW直接空冷機(jī)組）鍋爐補(bǔ)給水中的應(yīng)用及存在的問(wèn)題，主要包括超濾的運(yùn)行情況、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)中存在的問(wèn)題以及解決改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：超濾 偷摸壓差 化學(xué)清洗

上都電廠鍋爐補(bǔ)給水工程制水水源為內(nèi)蒙古錫盟多倫縣西山灣水庫(kù)水，經(jīng)機(jī)械加速澄清池混凝、澄清處理后出水SS≤20mg/L。凈水站來(lái)水經(jīng)生水加熱器后溫度：20±5℃。一二期共設(shè)計(jì)超濾裝置摻水規(guī)模412.5m3/h（5套×82.5m3/h）。全套水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單流程為：水庫(kù)水→機(jī)械加速澄清池→多介質(zhì)過(guò)濾器→盤(pán)式過(guò)濾器→超濾→一級(jí)反滲透裝置→二級(jí)反滲透裝置→EDI裝置→除鹽水箱。

1 超濾運(yùn)行數(shù)據(jù)及分析

1.1 超濾壓差及產(chǎn)水系數(shù)的變化。超濾采用SFP-

2660型膜組件與外壓式中空纖維膜，主要去除水中的顆粒、懸浮物、膠體、有機(jī)物等雜質(zhì)。

超濾的進(jìn)出水壓差隨著運(yùn)行時(shí)間的增加增長(zhǎng)較快，在手動(dòng)強(qiáng)制反洗后差壓有所下降但投運(yùn)后又迅速上升，整個(gè)運(yùn)行周期差壓基本控制在0.04～0.15MPa，當(dāng)運(yùn)行差壓達(dá)到0.15MPa時(shí)，產(chǎn)水流量下降至40-50t/h左右，產(chǎn)水系數(shù)為27-33m3/h·bar，除鹽水補(bǔ)水量大時(shí)，五套超濾的出力已經(jīng)遠(yuǎn)達(dá)不到五套反滲透的進(jìn)水水量要求（反滲透單套進(jìn)水量80t/h左右），因此就需要進(jìn)行化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗后進(jìn)出水壓差恢復(fù)到0.04～0.05MPa，出力能達(dá)到80t/h左右。

1.2 超濾對(duì)懸浮物的去除。超濾的進(jìn)水濁度最高3.5NTU，最低0.5NTU，但出水濁度基本可以控制在0.3NTU以下，抽樣檢測(cè)到超濾產(chǎn)水的SDI15在2以下，超濾對(duì)顆粒物及部分膠體的去除效果在66%-93%，而反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水濁度要求在1.0NTU以下，SDI15≤3，因此超濾系統(tǒng)的出水水質(zhì)完全能夠滿足反滲透的進(jìn)水水質(zhì)要求。

1.3 超濾對(duì)有機(jī)物的去除。超濾進(jìn)水的CODcr含量在10mg/L以下，出水可以降至2-4mg/L之間，對(duì)有機(jī)物的去除率在57%-71%之間。

1.4 超濾對(duì)總鐵的去除。超濾進(jìn)水的總鐵在20-25ug/L，出水基本在2ug/L以下，說(shuō)明超濾膜對(duì)總鐵有很好的去除效果，脫除率在90%以上。

OMEXELL-SFP2660系列外壓式中空纖維膜組件對(duì)顆粒物及部分膠體的去除效果在66%-93%，有機(jī)物的去除率在57%-71%之間，對(duì)總鐵有很好的去除效果，脫除率在90%以上。出水濁度基本可以控制在0.3NTU以下，SDI15≤2。透膜壓差隨運(yùn)行時(shí)間逐漸增加，運(yùn)行差壓達(dá)到0.15MPa時(shí)，產(chǎn)水流量下降至50t/h左右，需要通過(guò)化學(xué)清洗進(jìn)行恢復(fù)。

2 超濾運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題

2.1 產(chǎn)水量下降速度快。超濾裝置自投運(yùn)以來(lái)， 運(yùn)行一直比較正常。但是進(jìn)入2008年，設(shè)備明顯出現(xiàn)問(wèn)題： 系統(tǒng)進(jìn)水壓力逐漸升高，進(jìn)出水差壓增長(zhǎng)較快，產(chǎn)水流量日益減??；自動(dòng)反洗效果越來(lái)越差，自動(dòng)反洗的周期由原來(lái)1小時(shí)一次調(diào)整為45分鐘一次，停運(yùn)強(qiáng)制手動(dòng)反洗后產(chǎn)水量有所上升，但投運(yùn)時(shí)間不長(zhǎng)就又明顯下降，于是不得不縮短化學(xué)清洗周期，化學(xué)清洗周期由原來(lái)的半年一次縮短為3個(gè)月一次。后采用的運(yùn)行方式為通過(guò)不斷降低超濾裝置出力來(lái)維持超濾膜的透膜壓差不大于0.1MPa，在超濾裝置運(yùn)行后期出力僅為40～50m3/h，出水量幾乎下降一半，超濾全部投運(yùn)產(chǎn)水量也滿足不了五套反滲透的進(jìn)水水量要求，嚴(yán)重影響整個(gè)制水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 原因分析

①上都電廠鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)使用的原水為西山灣水庫(kù)水，其水質(zhì)為低溫低濁水，處理難度大，而且原系統(tǒng)設(shè)計(jì)中沒(méi)有充分考慮到水庫(kù)水經(jīng)過(guò)30km碳鋼管道輸送后，鐵的含量較原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)大大增加，水質(zhì)相對(duì)于原設(shè)計(jì)變化較大。

②此種水質(zhì)下超濾系統(tǒng)的自動(dòng)反洗和手動(dòng)加強(qiáng)反洗的各項(xiàng)參數(shù)不能滿足要求，達(dá)不到對(duì)超濾透膜壓差和產(chǎn)水流量進(jìn)行良好恢復(fù)的效果。在該種水質(zhì)下，超濾一般要求的反洗通量至少應(yīng)在100lmh 以上，超濾進(jìn)行殺菌劑化學(xué)加強(qiáng)反洗時(shí)要求有效氯濃度至少應(yīng)在200mg/L以上，而目前超濾系統(tǒng)以上兩項(xiàng)配置參數(shù)分別為50lmh和30mg/L。

③超濾化學(xué)加強(qiáng)反洗只設(shè)有殺菌劑加藥系統(tǒng)。一般情況下，為保證殺菌劑的殺菌效果，超濾系統(tǒng)的殺菌劑應(yīng)與堿同時(shí)投加。另外根據(jù)現(xiàn)有水質(zhì)情況，超濾系統(tǒng)應(yīng)增設(shè)反洗加酸裝置。

④冬季四臺(tái)機(jī)組運(yùn)行除鹽水補(bǔ)水量大，超濾系統(tǒng)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，得不到徹底及時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)，造成超濾膜在膠體硅、鐵、微生物、細(xì)菌等的同時(shí)侵害下，產(chǎn)生效應(yīng)累積，惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致短期內(nèi)壓差急劇上升，產(chǎn)水量迅速下降。

綜上，超濾裝置在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中透膜壓差增速逐漸變快，化學(xué)清洗頻率上升。

4 超濾的化學(xué)清洗

為了給超濾裝置選用合適的清洗藥劑，必須先確定造成超濾膜組件污堵的污染物成分。因此，首先要對(duì)超濾膜表面的污染物進(jìn)行全面的分析。

在運(yùn)行較長(zhǎng)一段時(shí)間后，在超濾裝置膜組件的進(jìn)口端會(huì)發(fā)現(xiàn)有白色粘滑性附著物，產(chǎn)水管道流量探頭處檢查發(fā)現(xiàn)有紅褐色附著物。對(duì)這兩種附著物進(jìn)行分析，紅褐色附著物，不溶于水，加熱分解且能溶于鹽酸，定性確定主要成分為鐵鋁化合物；另取白色附著物于一只干凈的燒杯中，加5%的鹽酸，發(fā)生沉淀和混濁，放在坩鍋內(nèi)燃燒發(fā)出蛋白質(zhì)氣味，說(shuō)明該白色附著物的主要成分是有機(jī)物。超濾在夏季反洗時(shí)反洗出水能明顯地聞到腥臭味，說(shuō)明超濾進(jìn)水中仍含有微生物，根據(jù)以上分析，超濾膜組件中主要附著物為有機(jī)物、微生物、鐵化合物、懸浮物以及膠體。

根據(jù)以上污染物確定了以下清洗藥劑和清洗方案：先用2%的草酸酸洗，后用0.05%的氫氧化鈉+2%的次氯酸鈉（有效氯為10%）堿洗。

4.1 清洗藥劑。①2%草酸：適用于進(jìn)水中Fe或Mn的含量超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，鐵污染、碳酸鹽結(jié)晶污堵及部分膠體對(duì)膜的濃水側(cè)造成的非有機(jī)物污染。②0.2%次氯酸鈉+0.05%氫氧化鈉：適用于進(jìn)水中有機(jī)物含量高，引起濾膜受到有機(jī)物污染以及一些細(xì)菌和藻類(lèi)引起的生物污染。

4.2 清洗方案。①SFP裝置進(jìn)行化學(xué)清洗前先進(jìn)行夾氣反洗：采用間斷（脈沖方式）性打開(kāi)進(jìn)氣閥進(jìn)行氣擦洗，即進(jìn)氣20秒，中間間隔10秒，共循環(huán)15次，之后進(jìn)行排水、反洗和正洗。以上氣擦、排水和正反洗反復(fù)進(jìn)行4-5輪，最后沖洗直至排水清澈。②循環(huán)和浸泡：根據(jù)清洗藥液的濃度和清洗箱的容積計(jì)算所用藥品的數(shù)量，用除鹽水配制好清洗液，啟動(dòng)超濾清洗水泵，調(diào)整超濾進(jìn)口壓力在0.1-0.15MPa左右，使清洗液在超濾膜組件內(nèi)循環(huán)。清洗液循環(huán)1小時(shí)后再浸泡1小時(shí)。整個(gè)化學(xué)清洗過(guò)程采用動(dòng)態(tài)循環(huán)與靜態(tài)浸泡相結(jié)合的方式，將循環(huán)-浸泡-氣水擦洗重復(fù)多次（具體時(shí)間和次數(shù)視污堵情況而定），期間一定要注意調(diào)整酸洗時(shí)清洗箱內(nèi)的藥液pH≤2，堿洗時(shí)清洗箱內(nèi)的藥液pH≥12，清洗液溫度最好控制在35-40℃。③藥液清洗結(jié)束后予以氣水反洗，能夠增強(qiáng)化學(xué)清洗的效果。操作和化學(xué)清洗前進(jìn)行的夾氣反洗類(lèi)似，最后利用正洗和反洗將系統(tǒng)沖洗干凈，并監(jiān)測(cè)排水的余氯≤0.1mg/L，pH：6-7。

清洗后的效果評(píng)價(jià)：化學(xué)清洗時(shí)從排水取樣發(fā)現(xiàn)洗下了大量片狀污染物，經(jīng)過(guò)分析得出運(yùn)行中在膜表面形成了厚實(shí)的污染層，此污染層是膜兩側(cè)壓差增大的主要原因，是由原水的有機(jī)物、微生物、鐵、懸浮物、膠體硅混合體引起的。清洗方案由原來(lái)的只用0.05%的氫氧化鈉+2%的次氯酸鈉堿洗改為先用2%的草酸酸洗，后用0.05%的氫氧化鈉+2%的次氯酸鈉堿洗，并控制較高的清洗液溫度（35-40℃）再適當(dāng)延長(zhǎng)浸泡時(shí)間， 污染物能夠被較好地清洗下來(lái)?；瘜W(xué)清洗后，差壓減小，流量恢復(fù)，清洗效果明顯。

5 預(yù)防及處理措施

5.1 對(duì)于化學(xué)水處理超濾系統(tǒng)的問(wèn)題， 首先在于合理的自動(dòng)反洗、定期的手動(dòng)擦洗以及對(duì)超濾膜適時(shí)地進(jìn)行化學(xué)清洗：超濾在運(yùn)行中，適當(dāng)降低操作壓力和產(chǎn)水流量，增加反洗和進(jìn)氣擦洗頻率，可以減小膜污染的程度，防止跨膜壓差的急劇增加，延長(zhǎng)化學(xué)清洗的周期。另外，非常重要的一點(diǎn)是：加強(qiáng)上游預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)原水中的高分子有機(jī)物及部分無(wú)機(jī)污染物的去除效果是保證超濾膜正常運(yùn)行的有效手段。

5.2 從預(yù)處理有關(guān)設(shè)備開(kāi)始， 進(jìn)行綜合治理。

①凈水站來(lái)水溫度春秋季5-10℃左右，冬季3-4℃，水溫低嚴(yán)重影響機(jī)械加速澄清池的混凝、沉降效果，因此應(yīng)增加原水加熱措施，提高凈水站進(jìn)水溫度，降低水的黏度，提高機(jī)械加速澄清池出水水質(zhì)；②根據(jù)機(jī)械加速澄清池第二反應(yīng)中泥渣情況，適量加入活性黃泥，降低膠體硅類(lèi)物質(zhì)的含量；另外必須加強(qiáng)機(jī)械加速澄清池的運(yùn)行維護(hù)管理，避免“翻池”現(xiàn)象的發(fā)生；③在凈化站現(xiàn)加藥量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺）的加入量，有效降低水中鋁離子的含量；④加強(qiáng)多介質(zhì)過(guò)濾器的反洗和濾料填補(bǔ)等日常維護(hù)工作，以提高生水水質(zhì)；⑤加強(qiáng)超濾系統(tǒng)上級(jí)設(shè)備盤(pán)式過(guò)濾器的維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)更換清洗盤(pán)片；⑥更換超濾裝置反洗水泵及配套管路閥門(mén)，保證超濾反洗達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范的反洗通量要求；⑦更換超濾反洗殺菌劑加藥泵，保證超濾化學(xué)加強(qiáng)反洗時(shí)次氯酸鈉的加藥濃度，增強(qiáng)反洗效果；⑧增加超濾反洗加酸和加堿加藥裝置；⑨對(duì)現(xiàn)有超濾膜組件進(jìn)行完整性檢測(cè)試驗(yàn)，及時(shí)更換或修復(fù)有缺陷的膜組件；⑩加強(qiáng)水庫(kù)來(lái)水及超濾化學(xué)清洗污物成分的分析化驗(yàn)，為清洗方案提供科學(xué)依據(jù)；加強(qiáng)化學(xué)水處理值班人員的培訓(xùn)工作，提高人員素質(zhì)技能，嚴(yán)格按照運(yùn)行規(guī)程要求執(zhí)行有關(guān)操作，保質(zhì)保量地完成，從而保證全膜水處理制水設(shè)備安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：

陳海霞（1979-），女，內(nèi)蒙古烏蘭察布盟人，環(huán)境工程學(xué)士，能

源與動(dòng)力工程碩士，內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司，化學(xué)專(zhuān)工，工程師。

張守德（1977-），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布盟人，化學(xué)工藝學(xué)士，能源與動(dòng)力工程碩士，內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司，化學(xué)專(zhuān)工，工程師。