预脱盐系统出力异常下降原因分析及对策研究

刘德宏　王宗祥

摘 要：某公司锅炉补给水系统采用了超滤+反渗透预脱盐系统，投入运行后问题较多，其中预脱盐系统处理出了异常下降最为特出，已危及机组的正常运行。为解决上述问题，成立了王宗祥工作室对存在问题进行分析，寻找解决措施，最终基本实现了预脱盐系统的正常运行。文章對预脱盐系统存在的问题、现象及对策进行阐述，并提出优化措施等。

关键词：脱盐；超滤；反渗透

前言

随膜工业的发展，火力发电厂锅炉补给系统采用超滤+反渗透+离子交换已成为常规设计，并在火电中得到广泛运用。但由于原水水质，原水预处理方法、系统设计及运行方式的不同，经常会因膜的污染导致预脱盐系统处理出了严重下降而危及机组正常运行。

某公司锅炉补给水系统于2012年11月15日机组经过168试运后转入正常生产运行。锅炉补给水系统同期投入了正常运行，系统投运初期，处理能力达到设计处理出力。随运行时间的延长，系统开始频繁出现问题。为此，成立了技术小组，攻关解决了预脱盐系统出了下降问题。

1 锅炉补给水系统流程及主要设备概况

该公司锅炉补给水处理系统水源来自江水，采用超滤+反渗透+离子交换除盐工艺。水源通过一期循环水提升泵并加入聚合氯化铝絮凝剂进入混凝澄清池进行澄清处理后进入工业消防水池作为三期工业用水水源。工业水经化学原水泵提升并加入杀菌剂后进入纤维过滤器处理后进入化学清水箱，作为预脱盐系统水源。

清水通过超滤水泵升压后进入超滤系统过滤处理，处理后的出水进入超滤产水箱。在超滤系统运行过程中，截留清水中少量的悬浮物、大分子有机物、胶体等，随运行时间的延长，超滤膜跨膜压差增加，利用超滤产水箱的产水对超滤膜反洗，反洗后超滤系统跨膜压差下降，恢复过滤功能。为保证超滤系统的膜通量，还定期对超滤膜系统进行化学加强洗，对超滤进行杀菌、洗垢处理。

2 系统投运后状况及异常现象

锅炉补给水系统于2012年9月份经过调试，2012年11月15日经168试运行后投入正常运行，运行初期，超滤膜通量、反渗透膜通量及系统出力达到设计要求，超滤膜及反渗透膜系统跨膜压差在膜产品设计范围内。但是，随运行时间的延长，到2013年3月中旬开始，系统处理出力急剧下降，开始出现如下问题：（1）保安过滤器压差上升，频繁更换反渗透滤芯。（2）反渗透段间压差上升，反渗透系统出力下降。最恶化工况条件下，系统出力下降了60%左右。（3）反渗透系统脱盐率下降到92%左右。（4）反渗透膜污堵，进水断面上附着了很多污染物。

为解决预脱盐系统存在的问题，技术人员从系统设计、加药控制、表征现象、异常原因及解决方法等多方面分析，期望彻底解决系统出了下降的问题。

3 预脱盐系统产水量下降的常见原因解析

3.1 原水预处理不合格

预脱盐系统一般采用混凝沉淀处理，通过对原水的混凝处理，沉淀原水中的大颗粒的机械杂质、胶体、细菌及大分子有机物，如果混凝效果不好，胶体及细菌和大分子有机物会穿透系统，最终堵塞反渗透膜间隙中，导致预脱盐系统处理出力下降。

3.2 超滤膜断丝，出水SDI不合格

通常脱盐系统采用超滤作为反渗透的预处理系统，超滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。

3.3 水质对反渗透系统的影响

3.3.1 结垢

天然水体中含有低浓度的碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅等成垢物质，在反渗透运行过程中，这些成垢物质浓缩可能超过其浓度积而析出，沉积在反渗透膜表面堵塞其通道，导致反渗透系统运行压差上升、膜通量下降。

3.3.2 金属氧化物沉积

水处理过程中加入的絮凝剂水解及管道系统腐蚀产物中含有氢氧化物胶体，这些胶体颗粒污堵在反渗透膜通道上，导致反渗透膜运行压差上升，使反渗透系统的出力下降。

3.3.3 悬浮物颗粒的污染

反渗透系统一般前置保安过滤器，保安过滤器采用5微米的滤芯，用来截留腐蚀产物、过滤介质及投运初期的冲洗不彻底时，可能使反渗透膜元件收到污染。有时，因滤元破损或缺陷造成短路，导致悬浮物颗粒进入反渗透系统，使得反渗透膜元件通量下降。

3.3.4 微生物污染

水体中的微生物被反渗透膜表面截留时，膜所去除的盐类离子被滞留在黏泥层中，不容易被水冲走，成为细菌的营养物质，助长了微生物的滋长，从而形成了生物污染层。同时，反渗透阻垢剂的加入也对微生物助长作用。

3.3.5 胶体污染

胶体粒径比反渗透膜通道小，比反渗透膜孔径大，能够进入膜通道，且胶体带有电荷，易被反渗透膜截留并粘附在反渗透膜表面，导致反渗透膜污堵，使运行压差上升，产水率下降。

通常情况下，反渗透系统出现污堵，往往是上述多种因素造成的，可能某一因素占主要作用而已，当反渗透系统发生污堵时，应计算查明原因，并及时调整、维护使系统正常运行。

4 预脱盐系统产生量下降原因分析

预脱盐系统掺水量严重下降过程中，相关技术人员组对系统进行分析，根据相关表征现象，先后排除了系统设计、超滤短丝、膜表面结垢、有机物污染等方面因素导致反渗透系统污堵。

4.1 漏铝对反渗透系统危害

4.1.1 反渗透污染物铝离子来源

针对铝离子异常，开展了对原水及超滤产水铝离子含量进行分析，分析结果原水中含有的铝离子含量极低，只有0.01～0.015ppm左右，超滤产水铝离子的含量上升了10倍左右，达到0.12～0.14ppm。针对污染物铝的来源做了进一步的检测和分析，系统中铝离子的来源有两种：一是絮凝剂PAC（聚合氯化铝）；二是流道设备中有铝质的析出。根据系统设备材料分析，流道设备铝的析出的可能性基本可以排除。因此，反渗透膜表面污染物来自于絮凝剂PAC。也就是说，预处理系统出现了漏铝现象。

4.1.2 预处理漏铝原因分析

铝盐絮凝剂投加到水中后所形成的水络合离子的水解过程是一个不断放出质子H+的过程。因此，在不同的PH值条件下，将有不同形态的Al3+水解产物。当PH值<4.0时，以高电荷低聚合度的羟基络合离子为主要形态；当pH=6.0～7.0时，以难溶的氢氧化铝为主要形态，当pH>8.0～9.0时，氢氧化铝被溶解为可溶性的带负电荷的络合阴离子。由于水的PH值不同，Al3+的水络合离子的形态也不相同，因此对混凝处理的影响效果也不同。

水温对漏铝也存在一定的影响，铝盐混凝剂的水解反应是一个吸热反应，水温变化直接影响铝盐的水解程度，研究表明：随着水温降低，漏铝呈较快上升趋势；当水温升高，混凝的最佳pH值降低，在pH环境大于7的情况下，水中铝的溶解以AL（OH）3+H2O==AL（OH）4-+H+为主；温度升高，平衡有向右移动而增大溶解度的趋势，此时若力图降低溶解铝使平衡左移，则需增加H+，减少pH值。因此，水温增加，相对应的最佳pH值降低。

4.1.3 预处理漏铝的危害

由于铝盐是难溶盐，溶度积KSP很低，Al（OH）3的KSP为3×10-34，AlPO4的KSP为9.84×10-21，远比CaCO3的KSP（3.36×10-9）低，非常容易沉积；而且Al3+的水解产物在水中的形态比较复杂；反渗透进水对Al3+的含量有明确的上限要求。在DOW公司的产品技术手册中明确指出，反渗透进水中的低浓度铝（例如0.05ppm）就会引起系统性能的下降。因此，反渗透进水的铝浓度应该控制在0.05ppm以内，目前进水中铝的浓度是0.1pp左右，这将导致一系列的问题：

（1）Al3+在反渗透系统的浓缩过程中，浓度将提高3～4倍，由于Al（OH）3KSP很低，自身将形成难溶盐，产生沉积；

（2）铝在浓缩过程中，与低浓度的硅以及磷酸根產生硅酸铝和磷酸铝的沉积；

（3）阻垢剂对铝也很敏感，而且阻垢剂与铝形成的污堵产物将会成为微生物的养分，进而发生生物污染。

通过上述分析，因为漏铝，在反渗透保安过滤器和反渗透膜表面沉积，导致保安过滤器滤芯频繁跟换和反渗透系统运行压差上述使得反渗透系统段间压差增大，产水量下降。因此，预处理系统漏铝是预脱盐系统处理出了下降最重要的原因。

4.2 杀菌加药设备缺陷是导致反渗透污染次要原因

承包商为我公司反渗透系统配备了杀菌加药设备，其溶药箱采用了钢制衬胶设备，杀菌剂是强氧化剂，氧化了衬胶层，形成了粉状黑色颗粒物，进入了反渗透系统，进一步加剧了反渗透系统污堵。

5 系统加药优化调整及调整后结果

5.1 系统加药系统优化调整调整试验

5.1.1 调整原水pH、改变混凝环境

原水值pH较高，基本维持在8.1～8.2，当原水PH值超过8.0时，漏铝的概率将大大增加，因此，对原水加入少量的酸，尽量控制pH值在7.3～7.6之间改变混凝环境，防止漏铝现象的发生。

5.1.2 降低絮凝剂投加量，降低漏铝风险

预脱盐系统投入运行后，预处理水量只增加了20%左右，但为了满足超滤进口浊度小于1.0NTU以下，提高了聚合氯化铝的投加量，加药浓度增加了58%，达到40ppm以上，这是造成超滤出水铝离子含量超标的主要原因。为此，通过优化调整试验，超滤进水不在以超滤进口浊度小于1.0NTU作为控制标准，将加药量控制在18～25ppm左右，降低了反应沉淀池的加药量。

5.1.3 增加水质监督，控制漏铝现象

在正常水质监督过程中，加强了对超滤出水铝离子的含量检测，通过加药调整，确保了反渗透进水铝离子含量满足标准。

5.1.4 加强反渗透阻垢剂加药量的调整

在正常运行过程中，及时根据水质中成垢离子含量的分析，根据及时调整阻垢剂的加药量

5.2 调整后结果

通过上述优化调整后，该公司预脱盐系统运行状况大为改善。主要表现在：（1）保安过滤器滤芯更换周期有原来的15天左右，延长到5个月以上；（2）预脱盐系统的产水能力逐渐恢复到设计要求。达到80m3/h。（3）反渗透经过化学清洗后，段间压差回复正常，达到0.15～0.18Mpa，反渗透清洗时间延长到6个月左右。

6 结束语

对于反渗透预脱盐系统，根据原水pH及其它指标，通过混凝试验，控制超滤产水铝离子的含量，可提高预脱盐系统运行的安全性和经济性。

作者简介：刘德宏（1968，5-），男，江苏盐城，工程师，主要从事建设工程管理和电厂化学、环保等相关工作。