CCS水電站工業(yè)用水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 兆孫玉涵蔡曉鳴

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041；2.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003；3.三達(dá)膜環(huán)境技術(shù)股份有限公司，福建 廈門 361022）

CCS水電站工業(yè)用水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 兆1孫玉涵22蔡曉鳴3

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041；2.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003；3.三達(dá)膜環(huán)境技術(shù)股份有限公司，福建 廈門 361022）

本文以CCS水電站廠房工業(yè)用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為模型，研究分析了在多泥沙，硫化物、氧化硅超標(biāo)的情況下，利用混凝沉淀及膜法水處理技術(shù)工藝（RO反滲透工藝）解決水質(zhì)問題。該研究為類似工程在水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的情況下實(shí)施工業(yè)水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)與參考。

混凝沉淀；過濾器；反滲透；反洗

1　概述

CCS水電站位于南美洲厄瓜多爾，距離首都基多130km。電站地下廠房?jī)?nèi)安裝8臺(tái)水斗式水輪發(fā)電機(jī)組以及25臺(tái)單相變壓器。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組冷卻用水，主軸密封用水以及空調(diào)系統(tǒng)補(bǔ)水均來自于廠外兩座高位水池。由于設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求極高，因此在廠外設(shè)置一套水處理設(shè)備［1］，對(duì)高位水池水中雜質(zhì)進(jìn)行處理后送至主廠房各個(gè)工業(yè)用水系統(tǒng)。

2　工業(yè)取水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

全廠工業(yè)用水取自廠外高位水池。高位水池主水源取水自設(shè)在河邊的2#、3#水井。當(dāng)水井出水不足時(shí)，尾水泵啟動(dòng)，尾水渠水流進(jìn)入高位水池作為備用水源保證電站整個(gè)工業(yè)和生活系統(tǒng)用水。

為滿足機(jī)組運(yùn)行要求，主變廠家和空調(diào)廠家分別對(duì)

水質(zhì)提出如下要求。見下表1。

2.1原水水質(zhì)

表1　工業(yè)用水水質(zhì)要求

根據(jù)CCS水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告，廠房2#和3#水源井井水水質(zhì)參數(shù)如下表2示。

2.2處理標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)原水水質(zhì)參數(shù)，以及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，針對(duì)EPC主合同要求采用歐美國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此針對(duì)電站工業(yè)用水的特殊性以及高要求，采用如下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)：

①M(fèi)AE 1 2005-06：Norma para la prevencion y control de la contaminacion ambiental del recurso agua en centrales hidroelectricas；②EM1110-2-4205：Engineering and design hydroelectric power plant mechanical design

表2　原水水質(zhì)參數(shù)

2.3處理工藝流程

針對(duì)水質(zhì)要求，結(jié)合現(xiàn)行的反滲透技術(shù)在供水工程中的應(yīng)用，采用膜法水處理技術(shù)工藝（RO反滲透工藝）［2］以達(dá)到電站用水要求。采用的工藝流程如下圖1所示。

圖1　膜法水處理工藝流程圖

其中多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器采用進(jìn)水反洗，一級(jí)RO設(shè)計(jì)回收率70～80%，二級(jí)RO設(shè)計(jì)回收率80%～90%。

系統(tǒng)最終產(chǎn)水規(guī)模為50 m3/h。

2.4處理工藝說明

原水通過泵進(jìn)入混凝沉淀池的進(jìn)水池，在進(jìn)水池內(nèi)加入PAC，加堿調(diào)節(jié)溶液pH，進(jìn)入混凝池?cái)嚢杈鶆?，進(jìn)入斜管沉淀池，去除水中的SS和部分COD，上清液進(jìn)入到混凝沉淀產(chǎn)水池。

混凝沉淀產(chǎn)水池的水通過泵依次進(jìn)入多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器。多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器采用碳鋼襯膠罐體，罐內(nèi)分層放置卵石、石英砂、活性炭等不同的濾料，原水經(jīng)過濾料時(shí)，水中的膠體、沉淀物質(zhì)/COD等雜質(zhì)在濾料表面碰撞、攔截形成濾餅層得以去除?；钚蕴窟^濾器產(chǎn)水供RO系統(tǒng)繼續(xù)處理?；钚蕴窟^濾產(chǎn)水進(jìn)入5um安全過濾器，再由高壓泵提供一定的壓力和流量進(jìn)入一級(jí)反滲透膜，反滲透膜進(jìn)水通過電子阻垢儀，以保證反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并提高反滲透膜對(duì)離子的截留，反滲透膜截留大部分有機(jī)物、鹽份后的透過液自然流入一級(jí)反滲透產(chǎn)水池。

一級(jí)反滲透產(chǎn)水通過泵提升經(jīng)過5um保安過濾器，再由高壓泵提供一定的壓力和流量進(jìn)入二級(jí)反滲透膜，二級(jí)反滲透膜截留SO3-、鹽份后的透過液自然流入二級(jí)反滲透產(chǎn)水池?；炷恋沓囟ㄆ谂拍?，泥水進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)，泥餅定期外運(yùn)。多介質(zhì)、活性炭過濾器定期采用RO濃水反沖洗，反沖洗水排入反洗水收集池，通過泵回流至混凝沉淀池處理；反滲透產(chǎn)生的濃水直接排放。

在整個(gè)水系統(tǒng)處理過程中，共分為四個(gè)處理單元：混凝沉淀及污泥處理單元、過濾單元、兩級(jí)反滲透單元，反滲透清洗系統(tǒng)；所有單元聯(lián)為一個(gè)整體。

2.4.1混凝沉淀及污泥處理單元

高位水池中的水通過進(jìn)水離心泵進(jìn)入混凝沉淀區(qū)進(jìn)水池，在混凝池內(nèi)加入PAC，并加堿調(diào)節(jié)混合液PH值，攪拌均勻后進(jìn)入斜管沉淀池，去除水中的SS和部分COD，上清液進(jìn)入混凝沉淀產(chǎn)水池。

沉淀池內(nèi)的混凝膠體、沉泥定期通過底部的排泥管排入排泥渠，在排泥渠中污泥泵將污泥排入污泥池。污泥在污泥池中進(jìn)行分離，上清液回流至進(jìn)水池；污泥用污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行脫水，泥餅定期外運(yùn)。

2.4.2過濾單元

沉淀池產(chǎn)水通過機(jī)械過濾器進(jìn)水泵依次進(jìn)入機(jī)械過濾器和活性炭過濾器，水中的膠體、沉淀物質(zhì)等雜質(zhì)在濾料表面碰撞、攔截形成濾餅層得以去除。過濾器的產(chǎn)水進(jìn)入一級(jí)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行處理。

過濾器通過PLC控制柜設(shè)定反沖洗的頻率和時(shí)間啟動(dòng)程序，定期采用一級(jí)反滲透濃水進(jìn)行短時(shí)間、大流量反向沖洗，每次反洗約15min。反沖洗水排放至反洗水收集池，通過反洗水提升泵返回混凝沉淀池處理。

2.4.3反滲透單元

活性炭過濾器產(chǎn)水進(jìn)入5um安全過濾器，再由高壓泵提供一定的壓力和流量進(jìn)入反滲透膜，反滲透膜進(jìn)水通過電子阻垢儀，以保證反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并提高反滲透膜對(duì)離子的截留。反滲透膜截留大部分有機(jī)物、鹽份后的透過液自然流入回用水箱。

反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)膜的進(jìn)水流量和產(chǎn)水流量等要求，將膜組件放置于膜外管內(nèi)，并通過合適的串并聯(lián)組合排列以達(dá)到最低的動(dòng)力消耗和元件水量平衡。反滲透系統(tǒng)控制采用全自動(dòng)控制，根據(jù)程序進(jìn)行過濾產(chǎn)水、停機(jī)沖洗、以及在線CIP清洗。

2.4.3.1一級(jí)反滲透工藝

系統(tǒng)采用進(jìn)口高脫鹽率反滲透膜，平均膜通量為25LMH（L/（m2h））。單套反滲透膜配置72根高脫鹽率反滲透膜芯，采用六芯裝膜玻璃鋼外管（耐壓300 PSI），分2段設(shè)置，共12支膜外管，排列方式設(shè)置為第一段8根膜管，第二段4根膜管，兩段串聯(lián)（簡(jiǎn)稱8：4排列），從而保證一級(jí)反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)水回收率為70～80%。整套系統(tǒng)采用1組304不銹鋼組合架裝配而成，配備流量計(jì)、電導(dǎo)率儀、壓力傳感器、閥門、壓力表等。

2.4.3.2二級(jí)反滲透工藝

系統(tǒng)采用進(jìn)口高脫鹽率反滲透膜，平均膜通量為38LMH（L/（m2h））。單套反滲透膜配置36根高脫鹽率反滲透膜芯，采用六芯裝膜玻璃鋼外管（耐壓300 PSI），分2段設(shè)置，共6支膜外管，排列方式設(shè)置為第一段4根膜管，第二段2根膜管，兩段串聯(lián)（簡(jiǎn)稱4：2排列），從而保證二級(jí)反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)水回收率為90%。整套系統(tǒng)采用1組304不銹鋼組合架裝配而成，與一級(jí)反滲透主機(jī)共用。系統(tǒng)配備流量計(jì)、電導(dǎo)率儀、pH計(jì)、壓力傳感器、閥門、壓力表等。反滲透膜組件安裝在組合架上。

反滲透裝置配置停機(jī)沖洗、化學(xué)清洗裝置1套及加堿系統(tǒng)一套。反滲透裝置與清洗系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)相連，同時(shí)在產(chǎn)水管和濃水管上設(shè)取樣點(diǎn)，以便于定期對(duì)系統(tǒng)做取樣檢測(cè)。

2.4.3.3反滲透系統(tǒng)的控制

反滲透系統(tǒng)采用PLC程序控制，主要控制閥門采用電動(dòng)操作，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制運(yùn)行。人機(jī)界面為工控機(jī)，可方便的從計(jì)算機(jī)上進(jìn)行系統(tǒng)啟動(dòng)、運(yùn)行、清洗等控制。每套反滲透設(shè)備設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)控制柜，也可在現(xiàn)場(chǎng)控制柜上進(jìn)行設(shè)備的起?？刂坪陀嘘P(guān)數(shù)據(jù)讀取。

2.4.4CIP清洗單元

系統(tǒng)設(shè)置清洗溶液箱1個(gè)，錐底圓筒水罐，配套液位傳感器1套；清洗離心泵1臺(tái)。

2.5系統(tǒng)控制

由于生產(chǎn)操作不可避免的缺陷和失誤，因此，本方案充分考慮水處理系統(tǒng)可能出現(xiàn)波動(dòng)的情況，并采用有效的控制措施，來預(yù)防水處理系統(tǒng)的污染和污染后的清洗恢復(fù)。

2.5.1設(shè)立系統(tǒng)安全保護(hù)、報(bào)警和預(yù)防措施

日常定期監(jiān)測(cè)進(jìn)水濁度，出現(xiàn)較大水質(zhì)波動(dòng)（SS，pH有較大波動(dòng)）時(shí)，及時(shí)調(diào)整處理系統(tǒng)操作條件，降低系統(tǒng)波動(dòng)的影響。并降低水系統(tǒng)的負(fù)荷，避免遭受聯(lián)鎖反應(yīng)。

PLC與SCADA系統(tǒng)聯(lián)接，數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集，這些信號(hào)不被發(fā)送到SCADA，當(dāng)多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水水質(zhì)濁度大于1.0NTU時(shí)，需要調(diào)節(jié)進(jìn)水pH值，藥劑將投入水中，pH值的變化可在pH計(jì)顯示。

定期進(jìn)行原水水質(zhì)全分析，分析檢測(cè)出的可能出現(xiàn)的污染，設(shè)計(jì)相應(yīng)的污染消除和維持方法，并設(shè)置了有效的化學(xué)清洗，保證RO的穩(wěn)定運(yùn)行。RO系統(tǒng)進(jìn)水采用電子阻垢儀，降低系統(tǒng)運(yùn)行過程中膜結(jié)垢的傾向。RO系統(tǒng)設(shè)置低壓、超高壓系統(tǒng)保護(hù)裝置，并可柔性啟動(dòng)和停機(jī)。

2.5.2清洗恢復(fù)方案

系統(tǒng)清洗恢復(fù)工藝包括周期維護(hù)性清洗和污染恢復(fù)清洗。RO系統(tǒng)采用周期性瞬時(shí)排污，瞬間排出膜內(nèi)部的污垢累積，降低RO膜表面的結(jié)垢污染。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況，每連續(xù)運(yùn)行8～12小時(shí)沖洗一次，化學(xué)清洗系統(tǒng)設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)，，每1～3個(gè)月運(yùn)行一次。RO沖洗系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)在出現(xiàn)停機(jī)時(shí)，必須及時(shí)對(duì)其進(jìn)行低壓沖洗，以防止?jié)饪s廢水中的污染物對(duì)膜造成污染。停機(jī)時(shí)首先用產(chǎn)品水對(duì)反滲透膜進(jìn)行低壓沖洗，將膜內(nèi)的濃水沖洗出來；無論何種原因停機(jī)，都需要對(duì)RO系統(tǒng)進(jìn)行低壓沖洗，以便將膜內(nèi)濃水沖洗出來。非氧化性殺菌劑對(duì)反滲透膜進(jìn)行定期殺菌消毒，延長(zhǎng)反滲透膜的化學(xué)清洗周期，降低或減少膜的污染，延長(zhǎng)膜的使用壽命。

3　結(jié)論

CCS電站工業(yè)水處理基于膜法水處理技術(shù)工藝，利用加藥預(yù)氧化處理，配合常規(guī)工藝，利用活性炭吸附特性，以及反滲透處理系統(tǒng)超濾膜的高通量，對(duì)原水水質(zhì)進(jìn)行處理，達(dá)到工業(yè)用水系統(tǒng)水質(zhì)要求，為類似電站工程提供了可靠的經(jīng)驗(yàn)。

［1］秦悅慧，何斯征，Gary Zong反滲透水處理技術(shù)及其應(yīng)用前景［J］，能源工程，2000，4，53-55.

［2］馮逸仙.反滲透水處理系統(tǒng)工程［M］.中國(guó)電力出版社. 2005.

Design of Industrial Water Treatment Systemin CCS Hydropower Station

Li Zhao1Sun Yuhan2Cai Xiaoming3
（China Water Conservancy and Hydropower 14th Engineering Bureau Co.，Ltd.，Kunming Yunnan 650041；2.The Yellow River Reconnaissance Planning Design Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450003；3.Suntar Membrane Environment Technology Co.，Ltd.，Xiamen，F(xiàn)ujian 361022）

This paper takes CCS hydropower station plant industrial water system design as the model，studied and analyzed the use of coagulation sedimentation and membrane method water treatment technology（RO reverse osmosis process）to solve the water quality problem，under the situation of excess sediment，sulfide and silicon oxide.The study provided the experience and reference for the implementation of industrial water treatment system design in the similar projects under the condition of substandard water quality.

coagulation sedimentation；filter；reverse osmosis；backwashing

TP273.5

A

1003-5168（2015）12-0137-3

2015-11-22

李兆（1987-），男，本科，助理工程師，研究方向：水電站水力機(jī)械設(shè)備研究設(shè)計(jì)，電站水處理工藝技術(shù)。