除鹽水站膜系統(tǒng)加藥設(shè)計研究

李韻卒

(中電環(huán)保股份有限公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

除鹽水站是電廠或者化工廠的公輔系統(tǒng)。由于鹽會對大多數(shù)設(shè)備和機器造成腐蝕和損壞，因此在許多行業(yè)都需要使用除鹽水，如石油化工、制藥、電子、紡織、造紙等。除鹽水站可以有效地去除水中的鹽分、重金屬、有機物及微生物，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，在工業(yè)生產(chǎn)中，其出水用于鍋爐或化工工藝各個工段[1-2]。除鹽水站膜系統(tǒng)主要包含超濾單元、一級反滲透單元、二級反滲透單元、EDI 單元，其中任何一個單元出現(xiàn)污堵情況，除鹽水站都無法生產(chǎn)出達標(biāo)達量的除鹽水。除鹽水站的水源可以是中水、地表水、廠區(qū)蒸汽冷凝液等，水中鈣、鎂離子或有機污染物在膜系統(tǒng)運行過程中會滋生微生物或產(chǎn)生無機結(jié)垢，從而導(dǎo)致膜系統(tǒng)污堵使得膜通量產(chǎn)生衰減，出水能力達不到設(shè)計要求，為了恢復(fù)通量，會在除鹽水站膜系統(tǒng)運行過程中加藥，加藥系統(tǒng)的設(shè)計是保證除鹽水站膜系統(tǒng)水質(zhì)水量達標(biāo)以及穩(wěn)定運行的關(guān)鍵步驟。

1 除鹽水站膜系統(tǒng)加藥種類及規(guī)格

除鹽水站的加藥種類很多，考慮到經(jīng)濟性和實用性，最常用的藥劑有：濃度10% 的殺菌劑溶液，主要成分為次氯酸鈉；濃度30%～31% 的酸溶液，主要成分為氯化氫；濃度32%～40% 的堿溶液，主要成分為氫氧化鈉；濃度100% 的還原劑粉末，主要成分為亞硫酸氫鈉；濃度100% 的阻垢劑溶液，主要成分為含磷小分子；濃度100% 的非氧化性殺菌劑溶液，主要成分為DBNPA、異噻唑啉酮等；濃度3%～25%的氨水，主要成分為氨。

2 除鹽水站膜系統(tǒng)加藥的作用

(1)殺菌劑具有氧化性，用于控制微生物滋生，主要用于超濾加強反洗時加藥，若除鹽水站系統(tǒng)來水微生物含量或有機物含量較高時，也需在來水中加入少量殺菌劑用于控制微生物生長。

(2)酸通過降低pH 控制部分無機類垢的形成。

(3)堿用于當(dāng)有機物或微生物污染產(chǎn)生通量衰減時調(diào)節(jié)pH，殺菌劑在堿性條件下使用時效果更為顯著。

(4)還原劑用于還原水中容易氧化膜元件的物質(zhì)。反滲透膜易被氧化，氧化造成的反滲透膜損害是不可逆的，反滲透膜廠家手冊要求膜元件進水余氯含量＜0.1 mg/L，為了消除前段工藝帶來的余氯，反滲透進水需要投加還原劑。

(5)阻垢劑用于改變表面活性物質(zhì)的性質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為不易產(chǎn)生垢積聚的混合物，防止鈣、鎂離子等結(jié)垢。反滲透在產(chǎn)出淡水的過程中會對來水進行濃縮，濃縮后的水中易結(jié)垢離子濃度達到飽和度后產(chǎn)生結(jié)垢，投加阻垢劑可以保證離子在高飽和度下仍然是離子狀態(tài)。當(dāng)濃水中離子飽和度超過阻垢劑的能力范圍時，預(yù)處理需對相應(yīng)離子進行去除。

(6)非氧化性殺菌劑也用于控制微生物，常規(guī)殺菌劑具有氧化性，適用于超濾膜的殺菌，而非氧化性殺菌劑是針對反滲透微生物滋生的殺菌劑。

(7)氨用于調(diào)節(jié)脫鹽水pH 值，以防止除鹽水腐蝕管道。

3 除鹽水站加藥系統(tǒng)配置

3.1 加藥點及加藥量配置

3.1.1 超濾單元加藥點及加藥量

超濾裝置的作用主要是通過選擇透過性能力來將水體中的細菌、顆粒物等雜質(zhì)進行過濾，以避免二次污染[3-4]，同時保證后續(xù)脫鹽單元穩(wěn)定運行。

在過濾過程中，由于污染物在超濾膜表面集聚，超濾單元的過濾阻力會慢慢升高，當(dāng)跨膜壓差升高到約0.1 MPa 時或產(chǎn)水量下降到初始水量的80% 時，需要進行一次不加藥劑的常規(guī)反洗，常規(guī)反洗后超濾產(chǎn)水的跨膜壓差及產(chǎn)水量會恢復(fù)到初始過濾水平，超濾恢復(fù)正常運行。但當(dāng)常規(guī)反洗后跨膜壓差或產(chǎn)水量不能恢復(fù)時，就需要進行加藥加強反洗。超濾常規(guī)加藥是在超濾加強反洗(CEB)時加藥，反洗分兩種加藥：酸洗0.1% HCl；堿洗0.05% NaOH+0.1% NaClO，加藥量根據(jù)水質(zhì)情況和超濾廠家要求適當(dāng)調(diào)整。

此外，當(dāng)超濾單元來水COD 較高時，可在超濾進水母管投加約5 mg/L 的殺菌劑，以控制微生物滋生。但微生物具有耐藥性，殺菌劑加藥量較少時，運行一段時間后，微生物還會滋生，此時超濾進水可進行沖擊性加藥，投加非氧化性殺菌劑200 mg/L，一次約加藥30 min。沖擊性加藥后，管道及裝置中滋生的微生物會被清除。

當(dāng)超濾來水硬度和堿度較高、超濾易發(fā)生碳酸鈣結(jié)垢時，超濾進水母管需投加鹽酸5～10 mg/L，以保證進水顯弱酸性，pH 值為6～6.5，可以有效解決超濾裝置無機鹽結(jié)垢問題。

3.1.2 一級反滲透單元加藥點及加藥量

前段超濾運行過程中會用到殺菌劑，而殺菌劑一旦進入反滲透膜單元，會氧化反滲透膜元件，對反滲透膜造成不可恢復(fù)的損壞。因此，一級反滲透進水需投加還原劑，還原劑一般投加在反滲透進水母管，投加量為3～10 mg/L，24 h 連續(xù)投加。非氧化性殺菌劑一般也投加在反滲透進水母管，但要與還原劑的加藥點分開，投加量約為200 mg/L，頻率為兩周或一月一次，一次約30 min，具體的投加量和頻次需根據(jù)水質(zhì)情況和運行情況確定。在加藥順序上，可先投加還原劑，將會氧化膜元件的氧化性物質(zhì)還原，再投加非氧化性殺菌劑，對膜元件中的微生物進行加藥殺菌。為了保證加藥均勻、保證藥效，阻垢劑一般投加在支管，即每套反滲透的進水管上，投加量為1～5 mg/L，24 h 連續(xù)投加。若來水硬度、堿度較高，需投加酸，酸一般投加在反滲透進水母管上，投加量為3～20 mg/L(調(diào)節(jié)pH 值約為6.5)，24 h 連續(xù)投加。

3.1.3 二級反滲透單元及EDI 單元加藥點及加藥量

二級反滲透進水為一級反滲透產(chǎn)水，水質(zhì)較好，鹽含量也較低，但一級反滲透因脫除了水中大部分鹽，使得產(chǎn)水呈現(xiàn)弱酸性。此時水中有一定量的CO2，由于反滲透膜和EDI 膜均無法脫除氣體，因此為了滿足除鹽水系統(tǒng)出水要求，需在進水管道上投加堿以調(diào)節(jié)pH，將水中的CO2轉(zhuǎn)化為CO32-和HCO3-，再通過膜脫除。同時，二級反滲透進水加堿能夠提高二級反滲透的脫鹽率，提高產(chǎn)水品質(zhì)，堿一般投加在二級反滲透的進水母管，投加量為3～10 mg/L(調(diào)節(jié)pH 值約為8.3)，24 h 連續(xù)投加。

3.1.4 除鹽水系統(tǒng)出水加藥點及加藥量

系統(tǒng)產(chǎn)生的除鹽水為弱酸性，為了減輕除鹽水對輸送管道以及鍋爐的腐蝕、不增加鍋爐負荷，脫鹽水泵出口會投加氨來調(diào)節(jié)pH 值，氨一般投加在除鹽水出水母管，投加量為1～5 mg/L(調(diào)節(jié)pH 值約為8)，24 h 連續(xù)投加。由于氨氣是易燃易爆氣體，因此除鹽水站若設(shè)置加氨裝置，則需根據(jù)相關(guān)規(guī)范對廠房、裝置、儀表等設(shè)置防爆等級。

3.2 加藥泵變頻配置

加藥泵建議全部設(shè)置變頻，變頻控制可以使操作更方便、加藥控制更精準(zhǔn)，但全部設(shè)置變頻會增加投資成本，考慮到經(jīng)濟性和實用性，一般在母管上且同時對應(yīng)多套膜裝置的加藥泵需配置變頻；設(shè)置在支管上且對應(yīng)單套膜裝置的加藥泵以及超濾反洗加藥泵，可不配置變頻，調(diào)試時直接調(diào)至設(shè)計要求的參數(shù)即可。

3.3 加藥泵泵頭材質(zhì)配置

殺菌劑和酸腐蝕性較強，計量泵泵頭材質(zhì)建議選擇PVDF；堿、阻垢劑、非氧化性殺菌劑計量泵泵頭材質(zhì)可選擇PVDF、PVC、不銹鋼、PP；還原劑計量泵泵頭材質(zhì)可選擇PVDF、PVC、PP，不建議采用不銹鋼；氨計量泵泵頭材質(zhì)建議選擇不銹鋼。泵頭材質(zhì)為PVDF 的計量泵較其他材質(zhì)成本高，其單臺價差不大，但脫鹽水站的計量泵數(shù)量較多，材質(zhì)配置可權(quán)衡實用性和經(jīng)濟性進行選擇。

上述加藥泵泵頭材質(zhì)配置是考慮腐蝕和常規(guī)工程經(jīng)驗的總結(jié)，實際設(shè)計時可根據(jù)項目的具體情況以及業(yè)主要求進行配置。

3.4 加藥箱及管道配置

殺菌劑加藥箱材質(zhì)可選擇PE、鋼襯丁基膠；酸加藥箱材質(zhì)可選擇PE、鋼襯膠；堿、阻垢劑、非氧化性殺菌劑加藥箱材質(zhì)可選擇PE、鋼襯膠、不銹鋼；還原劑加藥箱(含攪拌裝置)材質(zhì)可選擇PE、鋼襯膠。以上藥劑加藥管道、管件可采用UPVC、鋼襯塑管道。氨加藥箱及管道材質(zhì)需采用不銹鋼。

上述加藥箱及管道配置是考慮腐蝕和常規(guī)工程經(jīng)驗的總結(jié)，實際設(shè)計時可根據(jù)項目的具體情況以及業(yè)主要求進行配置。

3.5 吸收器配置

有些藥劑具有揮發(fā)性，會產(chǎn)生刺激性氣味，并且會腐蝕車間內(nèi)的設(shè)備；部分藥劑也會和空氣中的某些氣體反應(yīng)導(dǎo)致藥劑變質(zhì)。因此，除鹽水系統(tǒng)加藥裝置需設(shè)置相對應(yīng)的吸收器來維護加藥間的環(huán)境及設(shè)備。殺菌劑、酸加藥裝置需配置酸霧吸收器；堿加藥裝置需配置二氧化碳吸收器；氨加藥裝置需配置氨吸收器。

4 某化工廠除鹽水站工程實例

4.1 進水水質(zhì)

某化工廠進水水質(zhì)表如表1 所示。

表1 進水水質(zhì)表

4.2 工藝流程

來自園區(qū)給水廠的生產(chǎn)水→生產(chǎn)水預(yù)熱裝置(冬季)→原水箱→自清洗過濾器→超濾裝置→一級RO保安過濾器→一級RO 裝置→二級RO 保安過濾器→二級RO 裝置→EDI 保安過濾器→EDI 裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→用水點。

一級RO 裝置的濃水采用濃水RO 裝置回收。

4.3 加藥系統(tǒng)配置及優(yōu)化

根據(jù)系統(tǒng)來水水質(zhì)COD ≤5 mg/L、余氯含量約為0.3 mg/L，系統(tǒng)來水中余氯含量較高，無需配置殺菌劑加藥，系統(tǒng)主要配置超濾加強反洗酸、堿、殺菌劑加藥裝置；一級反滲透進口配置阻垢劑1 mg/L、還原劑4 mg/L；二級反滲透進口加堿5 mg/L；除鹽水出口加氨2 mg/L；濃水反滲透進口加酸5 mg/L。因業(yè)主特別要求，加氨裝置計量泵泵頭采用不銹鋼材質(zhì)、加藥箱采用不銹鋼材質(zhì)；其他加藥裝置計量泵泵頭采用PVDF 材質(zhì)、加藥箱采用PE 材質(zhì)。酸加藥、殺菌劑加藥裝置分別配置DN500 酸霧吸收器；堿加藥裝置配置DN300 二氧化碳吸收器；氨加藥裝置配置氨吸收器，并且考慮防爆要求，加氨裝置設(shè)置在遠離除鹽水站的區(qū)域。

在系統(tǒng)開機至運行的過程中發(fā)現(xiàn)，微生物大量滋生導(dǎo)致超濾污堵，經(jīng)檢測得到系統(tǒng)來水COD 約15 mg/L、余氯含量約0.01 mg/L，再加上冬期來水溫度較低，系統(tǒng)運行換熱器，水溫維持在25 ℃，殺菌劑缺失、溫度適宜、有機物充足導(dǎo)致微生物大量滋生。隨后立即在系統(tǒng)來水中增加殺菌劑加藥(10% 次氯酸鈉，5～10 mg/L)，調(diào)整后反滲透系統(tǒng)仍然有少量微生物滋生，再次在一級RO 裝置進口增加非氧化殺菌劑加藥，兩周加藥一次，加藥200 mg/L，一次加藥30 min，而后系統(tǒng)一直穩(wěn)定運行。

4.4 系統(tǒng)出水品質(zhì)

除鹽水站生產(chǎn)的除鹽水和高純水的水質(zhì)必須達到國標(biāo)GB/T 12145—2016《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》高壓鍋爐給水水質(zhì)要求，且不得低于除鹽水水質(zhì)指標(biāo)要求，如表2 所示。

表2 除鹽水水質(zhì)指標(biāo)

5 結(jié)語

本文中除鹽水站膜系統(tǒng)加藥種類及加藥量是基于目前的工程設(shè)計經(jīng)驗，考慮實用性及經(jīng)濟性的推薦值，隨著新興藥劑研發(fā)的快速推進，未來將會有新型的、更經(jīng)濟、效果更好的藥劑出現(xiàn)，將會大大降低除鹽水系統(tǒng)的運行成本。