上都电厂超滤在锅炉补给水中的运行分析及存在的问题

陈海霞等

摘要：全膜法水处理工艺是一种由超滤（UF）、反渗透（RO）、电除盐（EDI）制水设备组合在一起构成的新型水处理制水技术，七种超滤作为一种预处理方式在全膜法工艺中起着举足轻重的作用，本文着重介绍了超滤在上都电厂（4×600MW直接空冷机组）锅炉补给水中的应用及存在的问题，主要包括超滤的运行情况、数据分析、系统中存在的问题以及解决改进措施。

关键词：超濾 偷摸压差 化学清洗

上都电厂锅炉补给水工程制水水源为内蒙古锡盟多伦县西山湾水库水，经机械加速澄清池混凝、澄清处理后出水SS≤20mg/L。净水站来水经生水加热器后温度：20±5℃。一二期共设计超滤装置掺水规模412.5m3/h（5套×82.5m3/h）。全套水处理系统简单流程为：水库水→机械加速澄清池→多介质过滤器→盘式过滤器→超滤→一级反渗透装置→二级反渗透装置→EDI装置→除盐水箱。

1 超滤运行数据及分析

1.1 超滤压差及产水系数的变化。超滤采用SFP-

2660型膜组件与外压式中空纤维膜，主要去除水中的颗粒、悬浮物、胶体、有机物等杂质。

超滤的进出水压差随着运行时间的增加增长较快，在手动强制反洗后差压有所下降但投运后又迅速上升，整个运行周期差压基本控制在0.04～0.15MPa，当运行差压达到0.15MPa时，产水流量下降至40-50t/h左右，产水系数为27-33m3/h·bar，除盐水补水量大时，五套超滤的出力已经远达不到五套反渗透的进水水量要求（反渗透单套进水量80t/h左右），因此就需要进行化学清洗。化学清洗后进出水压差恢复到0.04～0.05MPa，出力能达到80t/h左右。

1.2 超滤对悬浮物的去除。超滤的进水浊度最高3.5NTU，最低0.5NTU，但出水浊度基本可以控制在0.3NTU以下，抽样检测到超滤产水的SDI15在2以下，超滤对颗粒物及部分胶体的去除效果在66%-93%，而反渗透系统的进水浊度要求在1.0NTU以下，SDI15≤3，因此超滤系统的出水水质完全能够满足反渗透的进水水质要求。

1.3 超滤对有机物的去除。超滤进水的CODcr含量在10mg/L以下，出水可以降至2-4mg/L之间，对有机物的去除率在57%-71%之间。

1.4 超滤对总铁的去除。超滤进水的总铁在20-25ug/L，出水基本在2ug/L以下，说明超滤膜对总铁有很好的去除效果，脱除率在90%以上。

OMEXELL-SFP2660系列外压式中空纤维膜组件对颗粒物及部分胶体的去除效果在66%-93%，有机物的去除率在57%-71%之间，对总铁有很好的去除效果，脱除率在90%以上。出水浊度基本可以控制在0.3NTU以下，SDI15≤2。透膜压差随运行时间逐渐增加，运行差压达到0.15MPa时，产水流量下降至50t/h左右，需要通过化学清洗进行恢复。

2 超滤运行中出现的问题

2.1 产水量下降速度快。超滤装置自投运以来， 运行一直比较正常。但是进入2008年，设备明显出现问题： 系统进水压力逐渐升高，进出水差压增长较快，产水流量日益减小；自动反洗效果越来越差，自动反洗的周期由原来1小时一次调整为45分钟一次，停运强制手动反洗后产水量有所上升，但投运时间不长就又明显下降，于是不得不缩短化学清洗周期，化学清洗周期由原来的半年一次缩短为3个月一次。后采用的运行方式为通过不断降低超滤装置出力来维持超滤膜的透膜压差不大于0.1MPa，在超滤装置运行后期出力仅为40～50m3/h，出水量几乎下降一半，超滤全部投运产水量也满足不了五套反渗透的进水水量要求，严重影响整个制水系统的正常运行。

3 原因分析

①上都电厂锅炉补给水系统使用的原水为西山湾水库水，其水质为低温低浊水，处理难度大，而且原系统设计中没有充分考虑到水库水经过30km碳钢管道输送后，铁的含量较原设计数据大大增加，水质相对于原设计变化较大。

②此种水质下超滤系统的自动反洗和手动加强反洗的各项参数不能满足要求，达不到对超滤透膜压差和产水流量进行良好恢复的效果。在该种水质下，超滤一般要求的反洗通量至少应在100lmh 以上，超滤进行杀菌剂化学加强反洗时要求有效氯浓度至少应在200mg/L以上，而目前超滤系统以上两项配置参数分别为50lmh和30mg/L。

③超滤化学加强反洗只设有杀菌剂加药系统。一般情况下，为保证杀菌剂的杀菌效果，超滤系统的杀菌剂应与碱同时投加。另外根据现有水质情况，超滤系统应增设反洗加酸装置。

④冬季四台机组运行除盐水补水量大，超滤系统长期超负荷运行，得不到彻底及时的维护保养，造成超滤膜在胶体硅、铁、微生物、细菌等的同时侵害下，产生效应累积，恶性循环，最终导致短期内压差急剧上升，产水量迅速下降。

综上，超滤装置在长期运行过程中透膜压差增速逐渐变快，化学清洗频率上升。

4 超滤的化学清洗

为了给超滤装置选用合适的清洗药剂，必须先确定造成超滤膜组件污堵的污染物成分。因此，首先要对超滤膜表面的污染物进行全面的分析。

在运行较长一段时间后，在超滤装置膜组件的进口端会发现有白色粘滑性附着物，产水管道流量探头处检查发现有红褐色附着物。对这两种附着物进行分析，红褐色附着物，不溶于水，加热分解且能溶于盐酸，定性确定主要成分为铁铝化合物；另取白色附着物于一只干净的烧杯中，加5%的盐酸，发生沉淀和混浊，放在坩锅内燃烧发出蛋白质气味，说明该白色附着物的主要成分是有机物。超滤在夏季反洗时反洗出水能明显地闻到腥臭味，说明超滤进水中仍含有微生物，根据以上分析，超滤膜组件中主要附着物为有机物、微生物、铁化合物、悬浮物以及胶体。

根据以上污染物确定了以下清洗药剂和清洗方案：先用2%的草酸酸洗，后用0.05%的氢氧化钠+2%的次氯酸钠（有效氯为10%）碱洗。

4.1 清洗药剂。①2%草酸：适用于进水中Fe或Mn的含量超过设计标准，铁污染、碳酸盐结晶污堵及部分胶体对膜的浓水侧造成的非有机物污染。②0.2%次氯酸钠+0.05%氢氧化钠：适用于进水中有机物含量高，引起滤膜受到有机物污染以及一些细菌和藻类引起的生物污染。

4.2 清洗方案。①SFP装置进行化学清洗前先进行夹气反洗：采用间断（脉冲方式）性打开进气阀进行气擦洗，即进气20秒，中间间隔10秒，共循环15次，之后进行排水、反洗和正洗。以上气擦、排水和正反洗反复进行4-5轮，最后冲洗直至排水清澈。②循环和浸泡：根据清洗药液的浓度和清洗箱的容积计算所用药品的数量，用除盐水配制好清洗液，启动超滤清洗水泵，调整超滤进口压力在0.1-0.15MPa左右，使清洗液在超滤膜组件内循环。清洗液循环1小时后再浸泡1小时。整个化学清洗过程采用动态循环与静态浸泡相结合的方式，将循环-浸泡-气水擦洗重复多次（具体时间和次数视污堵情况而定），期间一定要注意调整酸洗时清洗箱内的药液pH≤2，碱洗时清洗箱内的药液pH≥12，清洗液温度最好控制在35-40℃。③药液清洗结束后予以气水反洗，能够增强化学清洗的效果。操作和化学清洗前进行的夹气反洗类似，最后利用正洗和反洗将系统冲洗干净，并监测排水的余氯≤0.1mg/L，pH：6-7。

清洗后的效果评价：化学清洗时从排水取样发现洗下了大量片状污染物，经过分析得出运行中在膜表面形成了厚实的污染层，此污染层是膜两侧压差增大的主要原因，是由原水的有机物、微生物、铁、悬浮物、胶体硅混合体引起的。清洗方案由原来的只用0.05%的氢氧化钠+2%的次氯酸钠碱洗改为先用2%的草酸酸洗，后用0.05%的氢氧化钠+2%的次氯酸钠碱洗，并控制较高的清洗液温度（35-40℃）再适当延长浸泡时间， 污染物能够被较好地清洗下来。化学清洗后，差压减小，流量恢复，清洗效果明显。

5 预防及处理措施

5.1 对于化学水处理超濾系统的问题， 首先在于合理的自动反洗、定期的手动擦洗以及对超滤膜适时地进行化学清洗：超滤在运行中，适当降低操作压力和产水流量，增加反洗和进气擦洗频率，可以减小膜污染的程度，防止跨膜压差的急剧增加，延长化学清洗的周期。另外，非常重要的一点是：加强上游预处理系统对原水中的高分子有机物及部分无机污染物的去除效果是保证超滤膜正常运行的有效手段。

5.2 从预处理有关设备开始， 进行综合治理。

①净水站来水温度春秋季5-10℃左右，冬季3-4℃，水温低严重影响机械加速澄清池的混凝、沉降效果，因此应增加原水加热措施，提高净水站进水温度，降低水的黏度，提高机械加速澄清池出水水质；②根据机械加速澄清池第二反应中泥渣情况，适量加入活性黄泥，降低胶体硅类物质的含量；另外必须加强机械加速澄清池的运行维护管理，避免“翻池”现象的发生；③在净化站现加药量的基础上，适当减少PAC（聚合氯化铝）和PAM（聚丙烯酰胺）的加入量，有效降低水中铝离子的含量；④加强多介质过滤器的反洗和滤料填补等日常维护工作，以提高生水水质；⑤加强超滤系统上级设备盘式过滤器的维护保养，及时更换清洗盘片；⑥更换超滤装置反洗水泵及配套管路阀门，保证超滤反洗达到设计规范的反洗通量要求；⑦更换超滤反洗杀菌剂加药泵，保证超滤化学加强反洗时次氯酸钠的加药浓度，增强反洗效果；⑧增加超滤反洗加酸和加碱加药装置；⑨对现有超滤膜组件进行完整性检测试验，及时更换或修复有缺陷的膜组件；⑩加强水库来水及超滤化学清洗污物成分的分析化验，为清洗方案提供科学依据；加强化学水处理值班人员的培训工作，提高人员素质技能，严格按照运行规程要求执行有关操作，保质保量地完成，从而保证全膜水处理制水设备安全、稳定、高效的运行。

参考文献：

[1]陈杰，秦瑞娟，殷建中.超滤装置运行不正常的分析和处理[J].宁夏电力，2006（02）：63-64.

[2]马福刚.全膜分离技术及其在电厂化学水处理中的应用[J].价值工程，2011（09）.

[3]王雪莹，张志刚，班利民.反渗透装置在电厂水处理中的应用及其维护[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2012（12）.

作者简介：

陈海霞（1979-），女，内蒙古乌兰察布盟人，环境工程学士，能

源与动力工程硕士，内蒙古上都发电有限责任公司，化学专工，工程师。

张守德（1977-），男，内蒙古乌兰察布盟人，化学工艺学士，能源与动力工程硕士，内蒙古上都发电有限责任公司，化学专工，工程师。