關于超濾在運行時不加次氯酸鈉的可行性探析

孫紹哲

摘 ?????要：某350 MW超臨界機組鍋爐補給水處理過濾使用超濾裝置，設計之初運行時需要投加次氯酸鈉，由于運行過程投加次氯酸鈉出水余氯較難控制，且存在氯超標氧化反滲透膜的危險。因此分別使超濾裝置在投加次氯酸鈉和不投加次氯酸鈉工況下長時間運行，通過超濾的流量、壓差、進出口濁度等方面進行比對，探析在正常制水情況下不加次氯酸鈉的可行性，為超濾裝置的安全經濟運行提供了依據。

關 ?鍵 ?詞：超濾;次氯酸鈉;微生物;水質

中圖分類號：TQ131.1+2 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）03-0616-04

Abstract： An ultrafiltration device is used to filter the feedwater in a 350 MW supercritical unit. Sodium hypochlorite needs to be added during the initial operation of the boiler. It is difficult to control the residual chlorine after adding the sodium hypochlorite during operation， and there is a risk that the chlorine will oxidize the reverse osmosis membrane. In this paper， the flow rate， pressure difference and turbidity at the inlet and outlet of the ultrafiltration device were compared during long time operations under the conditions of adding sodium hypochlorite and without adding sodium hypochlorite， and the feasibility of ultrafiltration without sodium hypochlorite under normal water conditions was analyzed， which could provide a basis for the safe and economic operation of ultrafiltration device.

Key words： Ultrafiltration; Sodium hypochlorite; Microorganism; Water quality

超濾是一種用于去除微生物、懸浮物和膠體的微孔低壓水處理工藝，其良好的過濾性能和便于維護性等優(yōu)勢，在火力發(fā)電廠水處理系統(tǒng)大規(guī)模應用。某電廠鍋爐補給水采用纖維過濾器+自清洗過濾器+超濾+反滲透+離子除鹽的處理流程。超濾裝置采用了新加坡凱發(fā)的聚偏二氟乙烯（PVDF）外壓式中空纖維膜作為膜元件，型號為K2000T，并配套了次氯酸鈉、酸、堿加藥裝置。超濾裝置自2015年8月開始調試使用，根據設備運行的實際情況、和對相關指標及設備的觀察，認為超濾在正常制水過程中可不加次氯酸鈉，一方面可最大程度的減少因為ORP表反應不靈敏導致的余氯超標，另一方面減輕了運行人員對超濾余氯和反滲透進水余氯指標控制的壓力，最重要的是大量節(jié)省了還原劑和次氯酸鈉的藥量，符合集團公司效益最大化及節(jié)能環(huán)保的主張。

1 ?超濾的基本情況

1.1 ?投加次氯酸鈉的原因

超濾技術主要用于分離分子量為500～500 000的顆粒溶液，如多糖、蛋白質、酶等，因此理論上來說絕大多數細菌都可以在超濾這一裝置下被截留，由于細菌附著在超濾膜上[1]。若其存在一定活性，在合適的溫度及環(huán)境下，會大量的繁殖和滋生，這也是超濾裝置在制水過程中，加入次氯酸鈉的目的，是進行殺菌，防止細菌大量滋生影響水質。另外細菌大量的滋生，也會將膜堵塞，導致制水量和過膜差壓的增高，對裝置造成不利影響。

1.2 ?目前超濾運行情況

在調試期間，超濾裝置根要求及設備規(guī)范，每運行60 min，進行水反洗1次，反洗15個周期，進行一次化學加強反洗。具體為：系統(tǒng)備用→正沖（僅在每次投運時執(zhí)行）→（產水→反洗）×15個周期反洗后→產水→化學加強反洗1（NaOH+NaClO）→（產水→反洗）×15個周期反洗后→產水→化學加強反洗2（HCl）。

根據要求，超濾產水余氯在0.3～05 mg/L，根據該參數對超濾進水次氯酸鈉泵的加藥量進行調整。

2 ?可行性分析

2.1 ?超濾裝置具有良好的除污方式

超濾裝置可以去除98%以上的有機物， 99.99% 以上的微生物，能確保產水SDI 小于1[2]。同時采用的超濾裝置為外壓式過濾，該方式使膜絲外部空間遠大于膜內芯空間，污染物不易粘附及污染膜表面，降低了膜的堵塞幾率，提高對進水水質波動的耐受能力，反洗恢復能力強，因而使得部分細菌不易附著。另外再通過反洗和化學加強反洗就可以將細菌大量洗凈。

2.1.1 ?普通反洗

超濾裝置在制水60 min后進行一次水反洗，該反洗采用獨特的“氣擦洗+氣水反洗”，利用氣體在膜內震蕩，使附著在膜表面的的物質得以剝落，并被沖洗水帶走[3]，所以反洗效果好，清洗徹底，通量恢復能力強。由于較為頻繁的氣水反洗，使得細菌不易附著和滋生，大大影響了其生存的環(huán)境。

2.1.2 ?化學加強反洗

超濾裝置目前制水15個周期以后，就采用含有一定濃度次氯酸鈉、氫氧化鈉、鹽酸的水進行加強反沖洗，這其中就有次氯酸鈉。該清洗方法可除去大部分不易沖洗掉的污染物和微生物。

2.1.3 ?超濾膜的化學清洗

在超濾裝置的長期使用和運行過程中，由于累積效應，水中的微生物和其他雜質會逐漸影響膜的分離性能，膜通量會由于污染物的積累而降低[4]。因此，超濾裝置在在一定條件下可對膜組件進行化學清洗，以恢復膜的通量和截留率。該清洗實際上比之前兩種要清洗的更加徹底[5]，所以化學清洗可以算作是超濾膜的最后一道防線。

以上三種清洗方式最終保證了超濾的正常運行，因此設備本身及定期反洗等措施已經確保了其良好的去污性能，最大程度的將膜上污物洗去，使其失去了繁殖和滋生的環(huán)境。

2.2 ?超濾裝置兩種運行方式的對比

從超濾裝置投運以來，正好經歷了加次氯酸鈉和不加次氯酸鈉的運行。由于設備異常從2016年1月15日開始，超濾制水就一直沒有加次氯酸鈉，這也正好為我們此次對比提供了樣本。

2.2.1 ?超濾進出口濁度變化

濁度在一定程度上可以反映水質的變化以及超濾膜過濾的好壞，另外它也可以大體反映水中微生物含量的多少，因而對于加與不加次氯酸鈉，這是一個很重要的指標。

由圖1、圖2可以看出，無論超濾裝置在制水過程中是否投加次氯酸鈉，并且在進水濁度變化比較大的情況下，產水濁度始終穩(wěn)定在0.02 NTU，并沒有因為沒有加次氯酸鈉而導致產水濁度上升。這大體說明，不加次氯酸鈉在16 d時間內并沒有導致產水水質變差。

2.2.2 ?超濾過膜壓差

通過觀察圖3，會發(fā)現進水流量和過膜差壓具有一定的正相關，即進水流量越大，過膜差壓越高，這符合超濾的基本運行工況。

另外加次氯酸鈉和不加次氯酸鈉兩種運行工況，在流量基本一致的情況下，兩種運行工況的過膜差壓未出現明顯的差距，甚至出現了投加次氯酸鈉的超濾膜差壓高于不投加工況下的，因此可以說明，超濾制水不加次氯酸鈉并不會引起微生物對膜的堵塞。

2.3 ?制水過程中不加次氯酸鈉的經濟分析

2.3.1 ?次氯酸鈉藥品的經濟核算

該廠所使用的次氯酸鈉為10%工業(yè)純，投加原液使用。

進水次氯酸鈉計量泵實際流量=最大流量×沖程百分數×頻率百分數=25×47%×12%=1.41 L/h（對應進水流量140 t/h）。

因此次氯酸鈉單耗為0.01 L/t。目前次氯酸鈉市場價格為2 000～3 000元/t，按照2 000元/t計算，則超濾裝置每處理1 t水，次氯酸鈉藥品費用為：

次氯酸鈉藥品費用=0.01×10-3×1.18×103×10-3×2 000=0.023 6元/t。

該廠超濾平均基本每天運行6 h左右，以超濾額定制水量162 t/h為例，兩套運行，則超濾每天處理水量為1 944 t。則每天制水過程中加入的次氯酸鈉費用為45.87元。

短期來看，雖然次氯酸鈉藥品費用不是很高，但是長此以往其經濟效益是非明顯的。

2.3.2 ?亞硫酸氫鈉（還原劑）藥品的經濟核算

由于反滲透裝置進口對余氯要求非常嚴格，要求余氯必須小于0.12 mg/L，余氯過高會使反滲透膜氧化從而造成膜的壽命減短。在超濾制水過程中加入次氯酸鈉，會使反滲透進水余氯升高，因此需要加大亞硫酸氫鈉的用藥量，以使余氯降到合格范圍內。若超濾制水時不加次氯酸鈉，則亞硫酸氫鈉的加藥量會減小很多，具體費用核算如下。

還原劑計量泵實際流量（加）=最大流量×沖程百分數×頻率百分數=25×70%×18%=3.15 L/h（對應進水流量162 t/h）。

還原劑計量泵實際流量（不加）=最大流量×沖程百分數×頻率百分數=25×70%×8%=1.4 L/h（對應進水流量162 t/h）

以目前反滲透運行狀況，平均每天兩套裝置運行需制水6 h，以162 t/h計。則每天還原劑藥品費用分別為141.91元和64.15元，每天可節(jié)約費用77.76元（表1）。

2.3.3 ?經濟總核算

次氯酸鈉的投加，直接影響的是次氯酸鈉和還原劑的用藥量。通過以上計算，若超濾裝置運行時不投加次氯酸鈉，每天節(jié)省材料費用123.63元，一年至少可以節(jié)約5萬元藥品費用。在兩臺機組運行情況下，制水量會大大增加，其藥品的消耗將是非?？捎^的一筆數字，因此不投加次氯酸鈉在經濟上具有非?，F實的意義。

3 ?結 論

（1）由于超濾本身具有良好的除污性能，通過普通水氣反洗、化學加強反洗和化學清洗，最大程度的減少了微生物在超濾膜上滋生和堵塞的可能性.化學加強反洗中的次氯酸鈉加堿洗，可以將膜上細菌殺死并通過反洗方式將其排出，因而從設備本身角度來說，進水次氯酸鈉不加是可行的。

（2）通過投加與不投加次氯酸鈉兩種運行工況對比來看，不加次氯酸鈉，沒有使過膜差壓明顯增高。通過產水濁度，可以看出來，也沒有使水質變差，因而從指標分析的角度來看，進水次氯酸鈉不加是可行的。

（3）通過經濟核算來看，超濾裝置運行時不加次氯酸鈉，使次氯酸鈉和還原劑的用藥量減少，每天節(jié)省材料費用123.63元，1年至少可以節(jié)約5萬元藥品費用。

因此在超濾裝置運行過程中，若使用的水源水質情況比較穩(wěn)定，可以考慮不加次氯酸鈉。

參考文獻：

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