純水系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化探討

文_魏星 曹曉偉 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所

1 超濾（UF）系統(tǒng)

1.1 原水水源的保障

一般意義上，純水系統(tǒng)都會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)容積安全的原水箱，由市政自來(lái)水補(bǔ)水至原水箱中，再由原水泵泵送至UF系統(tǒng)。但由于動(dòng)力廠房空間的限制，無(wú)法在廠房?jī)?nèi)建原水箱，只能與消防系統(tǒng)共用消防水池作為原水水源。新區(qū)消防水池容積約2000m3，由兩路DN200市政自來(lái)水管補(bǔ)水，浮球閥控制。由于這兩路補(bǔ)水管位于新區(qū)自來(lái)水總管前段，而目前新區(qū)自來(lái)水為單路枝狀管網(wǎng)，若閥門全開(kāi)補(bǔ)水時(shí)會(huì)降低全所自來(lái)水壓力，故閥門開(kāi)度較小。夏季高溫時(shí)段，冷卻塔補(bǔ)水、綠化用水等水量較大，加之純水系統(tǒng)原水量逐步增大，容易造成消防水池出水量大于補(bǔ)水量，影響純水原水供應(yīng)以及消防系統(tǒng)用水的安全性。

為此，我們從市政管網(wǎng)新建一路自來(lái)水管為消防水池單獨(dú)補(bǔ)水，并在消防水池內(nèi)加裝液位傳感器，在液位有持續(xù)下降趨勢(shì)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警提醒運(yùn)行人員及時(shí)去現(xiàn)場(chǎng)查看情況調(diào)整閥門開(kāi)度，確保純水系統(tǒng)原水水源安全可靠。

1.2 原水泵啟動(dòng)方式改造

原水泵位于消防水池地下泵房?jī)?nèi)。由于原水泵功率僅為7.5kW，設(shè)計(jì)為工頻直接啟動(dòng)。但是在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于地下泵房至動(dòng)力廠房2樓UF系統(tǒng)的管路有多處彎頭且管路有130m之長(zhǎng)，原水泵啟泵停泵時(shí)水流不暢，管路中壓力突變會(huì)造成管網(wǎng)沖擊振動(dòng)。因此，我們對(duì)原水泵各加裝1臺(tái)軟啟動(dòng)器，將工頻直接啟動(dòng)改造為軟啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)原水泵送水管中流量和壓力的緩升、緩降，有效排除了這一安全隱患。

1.3 氣動(dòng)閥增加備用氣源

UF系統(tǒng)的啟動(dòng)、停機(jī)，以及運(yùn)行過(guò)程中的反洗動(dòng)作，都需要12個(gè)氣動(dòng)閥由自動(dòng)控制程序來(lái)執(zhí)行。氣源為動(dòng)力廠房空縮壓氣系統(tǒng)，當(dāng)空壓系統(tǒng)檢修停機(jī)或出現(xiàn)故障時(shí)有可能氣源中斷導(dǎo)致氣動(dòng)閥無(wú)法動(dòng)作影響UF系統(tǒng)正常運(yùn)行。為此，我們從氮?dú)夤苌弦鲆宦窔夤茏鳛闅鈩?dòng)閥的備用氣源?？梢杂行Х乐箟嚎s空氣對(duì)氮?dú)夤苈返奈廴尽?/p>

1.4 化學(xué)清洗

雖然UF系統(tǒng)的自動(dòng)定時(shí)反洗能較好的維持超濾膜性能的相對(duì)穩(wěn)定，但反洗不能使通量達(dá)到100%的恢復(fù)。隨著膜組件工作時(shí)間的延長(zhǎng)，膜污染會(huì)不斷加重，膜的透水速率會(huì)下降。為了恢復(fù)超濾膜的通量，我們選擇在對(duì)科研生產(chǎn)沒(méi)有影響的時(shí)段，對(duì)膜組件進(jìn)行化學(xué)清洗。目前，UF系統(tǒng)產(chǎn)水量仍保持80m3/h（設(shè)計(jì)產(chǎn)水量）左右，性能良好。

2 反滲透（RO）系統(tǒng)

2.1 制熱系統(tǒng)改造

反滲透制熱系統(tǒng)的作用是在冬季進(jìn)水溫度較低時(shí)提升水溫，保證RO膜組件產(chǎn)水量。蒸汽進(jìn)汽管道上有一組電磁閥和電動(dòng)耐高溫比例閥，電磁閥與RO送水泵聯(lián)動(dòng)，比例閥開(kāi)度由出水溫度設(shè)定值控制。

在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)RO系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，由于蒸汽管道中有雜質(zhì)等原因?qū)е码姶砰y有時(shí)無(wú)法完全關(guān)閉，板換蒸汽側(cè)不斷有120℃高溫蒸汽進(jìn)入，而板換水側(cè)無(wú)水流動(dòng)造成板換溫度持續(xù)升高，熱量再傳遞至UPVC管道，有可能導(dǎo)致管道變形、漏水。為此，我們將蒸汽電磁閥更換為常閉型蒸汽氣動(dòng)閥，閥門開(kāi)啟以壓縮空氣作為動(dòng)力，在信號(hào)回路斷開(kāi)時(shí)，確保閥門能完全關(guān)閉。此項(xiàng)改造使制熱系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，確保了冬季低溫時(shí)RO膜產(chǎn)水量。

2.2 及時(shí)調(diào)整NaHSO3加藥量

NaHSO3作為一種還原劑，加入一級(jí)RO進(jìn)水中，能有效去除原水中的余氯，防止氯進(jìn)入RO膜，導(dǎo)致出水水質(zhì)下降以及對(duì)RO膜造成不可恢復(fù)的傷害。

季節(jié)變化會(huì)引起原水中余氯含量波動(dòng)。當(dāng)夏季高溫時(shí)，自來(lái)水廠為確保管網(wǎng)中的水質(zhì)會(huì)在送水時(shí)加大加氯量，導(dǎo)致水中余氯升高，進(jìn)水ORP有時(shí)高達(dá)100mV，若不及時(shí)調(diào)整加藥量會(huì)使RO系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)下降進(jìn)而影響EDI產(chǎn)水水質(zhì)。但由于NaHSO3呈弱酸性，加藥量加大需要投加更多的NaOH來(lái)中和提高pH值。我們?cè)谶\(yùn)行過(guò)程中探索得出了一個(gè)合理的加藥量，即將進(jìn)水ORP控制在60mV以下時(shí)，產(chǎn)水水質(zhì)和加藥成本可以達(dá)到較好的平衡。

2.3 化學(xué)清洗

RO膜經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，膜組件會(huì)受到水中可能存在的懸浮物或難容物質(zhì)的污染，在膜濃水側(cè)會(huì)出現(xiàn)碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、金屬氧化物垢、硅沉積物及有機(jī)或生物沉積物等造成膜污染，引起系統(tǒng)脫鹽率下降、出水量降低、壓差增大等問(wèn)題。當(dāng)反滲透性能下降到一定程度時(shí)，就要進(jìn)行有效及時(shí)的清洗，恢復(fù)系統(tǒng)性能避免膜污染而難以恢復(fù)。我們每年至少一次對(duì)RO膜組件進(jìn)行化學(xué)清洗，確保RO系統(tǒng)性能控制在初投運(yùn)時(shí)的范圍，產(chǎn)水量約50m3/h、產(chǎn)水水質(zhì)低于2μs/cm(25℃)。

3 連續(xù)電除鹽（EDI）系統(tǒng)

3.1 控制進(jìn)水CO2濃度

EDI進(jìn)水為二級(jí)RO的產(chǎn)水，反滲透膜無(wú)法脫除原水中的CO2，另外存放于RO水箱中的RO水通過(guò)溢流管與空氣直接接觸，空氣中的CO2也會(huì)溶入RO水中，造成EDI進(jìn)水CO2濃度偏高，有研究表明CO2濃度能高達(dá)3～5mg/L。EDI性能對(duì)進(jìn)水CO2極為敏感，因?yàn)镃O2轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO3-并非瞬間完成，需要緩慢轉(zhuǎn)變，即使CO2完全轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO3-，HCO3-從EDI淡水室遷移至濃水室的速度也非常緩慢，因此，進(jìn)水CO2濃度大小對(duì)EDI性能穩(wěn)定有至關(guān)重要的影響。

在二級(jí)RO進(jìn)口處投加NaOH，CO2形成易被反滲透膜去除的Na2CO3，提高RO產(chǎn)水pH值，降低電導(dǎo)率，保證EDI進(jìn)水對(duì)水質(zhì)和pH的要求。根據(jù)我們幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整NaOH加藥量使得二級(jí)RO進(jìn)水pH保持在7.5～8.5范圍內(nèi)，則二級(jí)RO產(chǎn)水電導(dǎo)率能保持1.0～1.5μs/cm(25℃)，EDI產(chǎn)水電阻率大于17 MΩ·cm(25℃)。雖然加大NaOH加藥量EDI產(chǎn)水電阻率會(huì)進(jìn)一步提高，但提高程度有限只有0.1～0.2 MΩ·cm(25℃)，因此我們?cè)谶\(yùn)行中將二級(jí)RO進(jìn)水pH控制在8.0左右時(shí)，NaOH加藥量較為經(jīng)濟(jì)合理。

3.2 化學(xué)清洗

在EDI前處理工藝中(超濾、反滲透)，各中間水箱并不是完全密閉的，在與空氣接觸的過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)滋生細(xì)菌和微生物。造成各通道逐漸污染堵塞。而原水水質(zhì)隨季節(jié)變化和反滲透使用性能下降等原因，還會(huì)引起EDI進(jìn)水電導(dǎo)率在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，導(dǎo)致EDI濃水通道出現(xiàn)結(jié)垢。因此我們每年對(duì)EDI進(jìn)行一次化學(xué)清洗，鹽酸用于清除碳酸鈣垢、硫酸鈣垢和金屬氧化物，氯化鈉/氫氧化鈉用于清除有機(jī)污染物及生物膜。

與UF膜和RO膜不同的是，EDI系統(tǒng)化學(xué)清洗后還不能直接投入運(yùn)行，因?yàn)榛瘜W(xué)清洗會(huì)破壞EDI內(nèi)部離子交換樹(shù)脂帶電電荷平衡，初始運(yùn)行時(shí)產(chǎn)水達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)，需要通過(guò)對(duì)EDI帶電運(yùn)行一段時(shí)間，使離子交換樹(shù)脂在電場(chǎng)的作用下再生。EDI電再生前，要確認(rèn)調(diào)整EDI的運(yùn)行壓力和流量至清洗前的正常狀態(tài)，并將EDI產(chǎn)水回流至RO水箱以加快再生速度。通過(guò)重新再生，產(chǎn)水電阻率約4h后可以提高至1MΩ·cm(25℃)，約48～72h后產(chǎn)水電阻率可提升至17 MΩ·cm(25℃)以上，此時(shí)即可恢復(fù)正常運(yùn)行。

4 其它

4.1 及時(shí)更換耗材

各個(gè)濾芯污堵速率受前級(jí)來(lái)水水質(zhì)影響，我們?cè)谌粘＿\(yùn)行過(guò)程中密切注意過(guò)濾器進(jìn)出水口壓差值，當(dāng)壓差值上升到0.05Mpa或到運(yùn)行上限時(shí)間時(shí)，及時(shí)更換RO保安過(guò)濾器濾芯，每年春節(jié)檢修時(shí)更換EDI保安過(guò)濾器濾芯、終端過(guò)濾器濾芯，確保產(chǎn)水水量同時(shí)節(jié)省電耗。

TOC-UV和UV殺菌器中的UV燈管處理效果會(huì)隨著時(shí)間推移而變差，我們根據(jù)產(chǎn)水水質(zhì)以及設(shè)備廠家指導(dǎo)的更換時(shí)間每年更換一次UV燈管，確保出水TOC和細(xì)菌指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

拋光混床是指在混床內(nèi)的混合樹(shù)脂在運(yùn)行失效后將樹(shù)脂廢棄的一種混床。由于各個(gè)系統(tǒng)的混床處理水量、處理負(fù)荷不盡相同，樹(shù)脂更換周期也不盡相同。我們定期對(duì)各混床進(jìn)行試驗(yàn)（開(kāi)啟前級(jí)或后級(jí)混床旁通閥只看本級(jí)混床出水水質(zhì)）判斷其樹(shù)脂的處理效果，在處理效果有明顯下降趨勢(shì)時(shí)及時(shí)更換樹(shù)脂，避免在用樹(shù)脂失效。另外，每級(jí)混床設(shè)計(jì)為兩個(gè)混床并聯(lián)使用，可以在連續(xù)產(chǎn)水狀態(tài)下更換樹(shù)脂。

4.2 在線儀表的比對(duì)校驗(yàn)

由于系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，終端水質(zhì)檢測(cè)儀表無(wú)法定期送去專業(yè)機(jī)構(gòu)校驗(yàn)，我們每季度用校驗(yàn)過(guò)的便攜式儀器對(duì)各終端出水電阻率、DO、TOC、顆粒等主要指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)在線儀表的比對(duì)校驗(yàn)，確保在線儀表顯示的水質(zhì)指標(biāo)準(zhǔn)確無(wú)誤。

4.3 新建管網(wǎng)并網(wǎng)

隨著新區(qū)建設(shè)的推進(jìn)，不斷有新建的純水管網(wǎng)要并網(wǎng)運(yùn)行。若施工單位對(duì)新建管道沖洗不徹底，管道中的顆粒、膠水脫落物等會(huì)混入原有系統(tǒng)污染水質(zhì)。在每次并網(wǎng)前，我們用純水對(duì)新建管網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)正沖洗、反沖洗，并用便攜儀表檢測(cè)器在排放口檢測(cè)電阻率、TOC等水質(zhì)指標(biāo)直至達(dá)標(biāo)后再將其并網(wǎng)，確保新建系統(tǒng)對(duì)原系統(tǒng)零影響。