CCS水电站工业用水处理系统设计

李 兆孙玉涵蔡晓鸣

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041；2.黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003；3.三达膜环境技术股份有限公司，福建 厦门 361022）

CCS水电站工业用水处理系统设计

李 兆1孙玉涵22蔡晓鸣3

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041；2.黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003；3.三达膜环境技术股份有限公司，福建 厦门 361022）

本文以CCS水电站厂房工业用水系统设计为模型，研究分析了在多泥沙，硫化物、氧化硅超标的情况下，利用混凝沉淀及膜法水处理技术工艺（RO反渗透工艺）解决水质问题。该研究为类似工程在水质不达标的情况下实施工业水处理系统设计提供了经验与参考。

混凝沉淀；过滤器；反渗透；反洗

1　概述

CCS水电站位于南美洲厄瓜多尔，距离首都基多130km。电站地下厂房内安装8台水斗式水轮发电机组以及25台单相变压器。机组正常运行时，机组冷却用水，主轴密封用水以及空调系统补水均来自于厂外两座高位水池。由于设备对水质要求极高，因此在厂外设置一套水处理设备［1］，对高位水池水中杂质进行处理后送至主厂房各个工业用水系统。

2　工业取水系统简介

全厂工业用水取自厂外高位水池。高位水池主水源取水自设在河边的2#、3#水井。当水井出水不足时，尾水泵启动，尾水渠水流进入高位水池作为备用水源保证电站整个工业和生活系统用水。

为满足机组运行要求，主变厂家和空调厂家分别对

水质提出如下要求。见下表1。

2.1原水水质

表1　工业用水水质要求

根据CCS水质检测报告，厂房2#和3#水源井井水水质参数如下表2示。

2.2处理标准

根据原水水质参数，以及水质标准要求，针对EPC主合同要求采用欧美国际标准进行设计，因此针对电站工业用水的特殊性以及高要求，采用如下标准进行设计：

①MAE 1 2005-06：Norma para la prevencion y control de la contaminacion ambiental del recurso agua en centrales hidroelectricas；②EM1110-2-4205：Engineering and design hydroelectric power plant mechanical design

表2　原水水质参数

2.3处理工艺流程

针对水质要求，结合现行的反渗透技术在供水工程中的应用，采用膜法水处理技术工艺（RO反渗透工艺）［2］以达到电站用水要求。采用的工艺流程如下图1所示。

图1　膜法水处理工艺流程图

其中多介质过滤器、活性炭过滤器采用进水反洗，一级RO设计回收率70～80%，二级RO设计回收率80%～90%。

系统最终产水规模为50 m3/h。

2.4处理工艺说明

原水通过泵进入混凝沉淀池的进水池，在进水池内加入PAC，加碱调节溶液pH，进入混凝池搅拌均匀，进入斜管沉淀池，去除水中的SS和部分COD，上清液进入到混凝沉淀产水池。

混凝沉淀产水池的水通过泵依次进入多介质过滤器和活性炭过滤器。多介质过滤器和活性炭过滤器采用碳钢衬胶罐体，罐内分层放置卵石、石英砂、活性炭等不同的滤料，原水经过滤料时，水中的胶体、沉淀物质/COD等杂质在滤料表面碰撞、拦截形成滤饼层得以去除。活性炭过滤器产水供RO系统继续处理。活性炭过滤产水进入5um安全过滤器，再由高压泵提供一定的压力和流量进入一级反渗透膜，反渗透膜进水通过电子阻垢仪，以保证反渗透系统的稳定运行，并提高反渗透膜对离子的截留，反渗透膜截留大部分有机物、盐份后的透过液自然流入一级反渗透产水池。

一级反渗透产水通过泵提升经过5um保安过滤器，再由高压泵提供一定的压力和流量进入二级反渗透膜，二级反渗透膜截留SO3-、盐份后的透过液自然流入二级反渗透产水池。混凝沉淀池定期排泥，泥水进入污泥处理系统，泥饼定期外运。多介质、活性炭过滤器定期采用RO浓水反冲洗，反冲洗水排入反洗水收集池，通过泵回流至混凝沉淀池处理；反渗透产生的浓水直接排放。

在整个水系统处理过程中，共分为四个处理单元：混凝沉淀及污泥处理单元、过滤单元、两级反渗透单元，反渗透清洗系统；所有单元联为一个整体。

2.4.1混凝沉淀及污泥处理单元

高位水池中的水通过进水离心泵进入混凝沉淀区进水池，在混凝池内加入PAC，并加碱调节混合液PH值，搅拌均匀后进入斜管沉淀池，去除水中的SS和部分COD，上清液进入混凝沉淀产水池。

沉淀池内的混凝胶体、沉泥定期通过底部的排泥管排入排泥渠，在排泥渠中污泥泵将污泥排入污泥池。污泥在污泥池中进行分离，上清液回流至进水池；污泥用污泥脱水系统进行脱水，泥饼定期外运。

2.4.2过滤单元

沉淀池产水通过机械过滤器进水泵依次进入机械过滤器和活性炭过滤器，水中的胶体、沉淀物质等杂质在滤料表面碰撞、拦截形成滤饼层得以去除。过滤器的产水进入一级反渗透系统进行处理。

过滤器通过PLC控制柜设定反冲洗的频率和时间启动程序，定期采用一级反渗透浓水进行短时间、大流量反向冲洗，每次反洗约15min。反冲洗水排放至反洗水收集池，通过反洗水提升泵返回混凝沉淀池处理。

2.4.3反渗透单元

活性炭过滤器产水进入5um安全过滤器，再由高压泵提供一定的压力和流量进入反渗透膜，反渗透膜进水通过电子阻垢仪，以保证反渗透系统的稳定运行，并提高反渗透膜对离子的截留。反渗透膜截留大部分有机物、盐份后的透过液自然流入回用水箱。

反渗透系统设计根据膜的进水流量和产水流量等要求，将膜组件放置于膜外管内，并通过合适的串并联组合排列以达到最低的动力消耗和元件水量平衡。反渗透系统控制采用全自动控制，根据程序进行过滤产水、停机冲洗、以及在线CIP清洗。

2.4.3.1一级反渗透工艺

系统采用进口高脱盐率反渗透膜，平均膜通量为25LMH（L/（m2h））。单套反渗透膜配置72根高脱盐率反渗透膜芯，采用六芯装膜玻璃钢外管（耐压300 PSI），分2段设置，共12支膜外管，排列方式设置为第一段8根膜管，第二段4根膜管，两段串联（简称8：4排列），从而保证一级反渗透系统设计水回收率为70～80%。整套系统采用1组304不锈钢组合架装配而成，配备流量计、电导率仪、压力传感器、阀门、压力表等。

2.4.3.2二级反渗透工艺

系统采用进口高脱盐率反渗透膜，平均膜通量为38LMH（L/（m2h））。单套反渗透膜配置36根高脱盐率反渗透膜芯，采用六芯装膜玻璃钢外管（耐压300 PSI），分2段设置，共6支膜外管，排列方式设置为第一段4根膜管，第二段2根膜管，两段串联（简称4：2排列），从而保证二级反渗透系统设计水回收率为90%。整套系统采用1组304不锈钢组合架装配而成，与一级反渗透主机共用。系统配备流量计、电导率仪、pH计、压力传感器、阀门、压力表等。反渗透膜组件安装在组合架上。

反渗透装置配置停机冲洗、化学清洗装置1套及加碱系统一套。反渗透装置与清洗系统、加药系统相连，同时在产水管和浓水管上设取样点，以便于定期对系统做取样检测。

2.4.3.3反渗透系统的控制

反渗透系统采用PLC程序控制，主要控制阀门采用电动操作，系统实现自动化控制运行。人机界面为工控机，可方便的从计算机上进行系统启动、运行、清洗等控制。每套反渗透设备设置现场控制柜，也可在现场控制柜上进行设备的起停控制和有关数据读取。

2.4.4CIP清洗单元

系统设置清洗溶液箱1个，锥底圆筒水罐，配套液位传感器1套；清洗离心泵1台。

2.5系统控制

由于生产操作不可避免的缺陷和失误，因此，本方案充分考虑水处理系统可能出现波动的情况，并采用有效的控制措施，来预防水处理系统的污染和污染后的清洗恢复。

2.5.1设立系统安全保护、报警和预防措施

日常定期监测进水浊度，出现较大水质波动（SS，pH有较大波动）时，及时调整处理系统操作条件，降低系统波动的影响。并降低水系统的负荷，避免遭受联锁反应。

PLC与SCADA系统联接，数据由现场设备采集，这些信号不被发送到SCADA，当多介质过滤器产水水质浊度大于1.0NTU时，需要调节进水pH值，药剂将投入水中，pH值的变化可在pH计显示。

定期进行原水水质全分析，分析检测出的可能出现的污染，设计相应的污染消除和维持方法，并设置了有效的化学清洗，保证RO的稳定运行。RO系统进水采用电子阻垢仪，降低系统运行过程中膜结垢的倾向。RO系统设置低压、超高压系统保护装置，并可柔性启动和停机。

2.5.2清洗恢复方案

系统清洗恢复工艺包括周期维护性清洗和污染恢复清洗。RO系统采用周期性瞬时排污，瞬间排出膜内部的污垢累积，降低RO膜表面的结垢污染。根据进水水质和现场调试情况，每连续运行8～12小时冲洗一次，化学清洗系统设置在现场，，每1～3个月运行一次。RO冲洗系统。反渗透系统在出现停机时，必须及时对其进行低压冲洗，以防止浓缩废水中的污染物对膜造成污染。停机时首先用产品水对反渗透膜进行低压冲洗，将膜内的浓水冲洗出来；无论何种原因停机，都需要对RO系统进行低压冲洗，以便将膜内浓水冲洗出来。非氧化性杀菌剂对反渗透膜进行定期杀菌消毒，延长反渗透膜的化学清洗周期，降低或减少膜的污染，延长膜的使用寿命。

3　结论

CCS电站工业水处理基于膜法水处理技术工艺，利用加药预氧化处理，配合常规工艺，利用活性炭吸附特性，以及反渗透处理系统超滤膜的高通量，对原水水质进行处理，达到工业用水系统水质要求，为类似电站工程提供了可靠的经验。

［1］秦悦慧，何斯征，Gary Zong反渗透水处理技术及其应用前景［J］，能源工程，2000，4，53-55.

［2］冯逸仙.反渗透水处理系统工程［M］.中国电力出版社. 2005.

Design of Industrial Water Treatment Systemin CCS Hydropower Station

Li Zhao1Sun Yuhan2Cai Xiaoming3
（China Water Conservancy and Hydropower 14th Engineering Bureau Co.，Ltd.，Kunming Yunnan 650041；2.The Yellow River Reconnaissance Planning Design Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450003；3.Suntar Membrane Environment Technology Co.，Ltd.，Xiamen，Fujian 361022）

This paper takes CCS hydropower station plant industrial water system design as the model，studied and analyzed the use of coagulation sedimentation and membrane method water treatment technology（RO reverse osmosis process）to solve the water quality problem，under the situation of excess sediment，sulfide and silicon oxide.The study provided the experience and reference for the implementation of industrial water treatment system design in the similar projects under the condition of substandard water quality.

coagulation sedimentation；filter；reverse osmosis；backwashing

TP273.5

A

1003-5168（2015）12-0137-3

2015-11-22

李兆（1987-），男，本科，助理工程师，研究方向：水电站水力机械设备研究设计，电站水处理工艺技术。