某电厂反渗透及保安过滤器运行压差高原因分析

王骁杰

（台州发电厂，浙江 台州 318016）

0 引 言

超滤及反渗透系统以其高脱盐率、操作便利性及化学药品使用少的特点大量应用在水处理预脱盐工艺中[1-2]，在电力、石化和钢铁行业中应用广泛，浙能集团公司各发电厂也大量装备应用，全部数量达两万余件。

反渗透前处理系统一般包括超滤、微滤、多介质过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器等，不同的工程根据实际水质设计前处理系统，但一般保安过滤器和超滤系统是标配。超滤系统一般起到滤除大部分颗粒、胶体及大分子有机物的作用，过滤精度在0.02～0.1 μm；保安过滤器起到防止系统颗粒杂质对反渗透膜的损害及污堵作用，过滤精度一般为1～10 μm。运行中对反渗透膜进水水质有一定的要求，一般以污染指数SDI来表征，要求控制小于3.0，同时超滤及保安过滤器运行也有各自的运行指标如压差、SDI指数等。

某热电厂除盐水处理系统，采用混凝澄清—超滤—反渗透—EDI工艺制取除盐水，具体工艺流程如下：

河水—高密度沉淀池—多介质过滤器—超滤—超滤水箱—保安过滤器—一级反渗透（分两段）—二级反渗透—EDI—除盐水箱。

其中超滤系统采用某进口品牌PES（聚醚砜）材质膜，过滤精度0.05 μm，采用全流过滤模式，设计出水浊度小于0.5 NTU，SDI小于2.5，跨膜运行压差小于125 kPa；保安过滤器采用某国产折叠式PP材质滤芯，运行压差小于150 kPa。反渗透系统是二级处理，采用某国产反渗透膜产品，一级膜是抗污染型，型号SMR-FR-400，有宽流道抗污染产水量大的特点，二级膜是超低压膜，型号是SMR-ULE-400，具有较低的运行压力。反渗透膜的运行压差一般按照单段不超过300 kPa控制，在280 kPa左右安排化学清洗。

系统在多介质过滤器出口设置有次氯酸钠加药点，在超滤水箱出口设置有亚硫酸氢钠（SBS）加药点以中和过剩的余氯。

1 异常现象及问题

反渗透系统从改造完毕后投运3年多以来，一直稳定运行，其中一级反渗透膜一段运行压差变化在150～280 kPa之间，运行周期在6个月左右，安排化学清洗后运行压差可以恢复。一级反渗透膜初始脱盐率在99.3%左右，一年后在98.5%～99%之间稳定运行，反渗透系统出力也保持稳定。保安过滤器运行压差在20～150 kPa之间，保安过滤器滤芯压差一般在20 kPa以下，运行至150 kPa左右失效更换，更换周期在2～3个月。

2021年某段时间系统运行中，出现了一级反渗透一段和保安过滤器运行压差逐步上升，且上升周期越来越快的现象。

原保安过滤器滤芯失效时间为2～3个月，近期缩短至1～2周，甚至新换滤芯运行2天多压差就上升至130 kPa。上升速度非常快，表明污堵情况非常严重。

一级反渗透一段运行压差从清洗后初始压差150 kPa快速上升到270 kPa，在最严重时甚至80多个小时就达到了275 kPa，脱盐率指标正常，不得不安排停机进行化学清洗，严重影响了整个化学系统的制水，同时由于压差高，保持额定出力需要提高运行压力，高压泵电流同比上升明显。

过滤器和反渗透一段运行压差上升曲线如图1、图2所示。

图1 一二级保安过滤器运行压差上升曲线

图2 每一级反渗透一段运行压差上升曲线

对设备进行解体检查，发现保安过滤器内壁和反渗透进口有粘滑状物质存在，过滤器滤芯上有明显的污染物（见图3），颜色偏黄，稍有点粘滑性，上述污染物均有明显的腥臭味。

图3 反渗透进水端内壁污染物照片

以上检查情况表明，保安过滤器滤芯和一级反渗透膜遭到了污染，造成运行压差快速上升。

2 污堵影响因素及原因排查

反渗透系统进水水质的污染物分为无机污染物和有机污染物。主要表征指标有SDI值、颗粒物数量、菌落含量等。

无机污染物如残余混凝剂（主要成分铁、铝化合物）、悬浮物（主要元素硅、铝），这些物质通常设计由原水预处理以及反渗透前面的超滤系统中去除，但如果前序系统出问题，则通常容易堆积在过滤器滤芯上，引起运行压差升高[3]。

有机污染物有机物及微生物菌落，主要元素有C、H、O、N等。一般采用在多介质过滤器处加次氯酸钠来控制细菌微生物生长，通过过量加以保持一定的余氯值，剩余的余氯采用在超滤水箱出口加还原剂亚硫酸氢钠（SBS）中和，但是在SBS加药过量的情况下反而容易滋生厌氧菌污染[4]。

对多介质过滤器、超滤进出口、水箱及保安过滤器进口进行污染物剂水样取样，分析污染物元素成分、菌落总数和水中颗粒物及SDI数值。

采用先进的EDS扫描仪对滤芯污染物进行元素分析，以判断污染物成分及来源。滤芯污染物成分分析结果如表1所示。

表1 滤芯污染物成分分析结果

以上分析结果表明，污染物成分中无机组分Al、Si、Ca、Fe比较多，占14.84%，最多的占到17.65%，这一数据明显偏高，这些无机物质一般来自原水，在前序的预处理系统中应该被去除。预处理系统包括混凝澄清、过滤以及超滤系统，由此可以认为前序超滤或混凝过滤系统中存在问题，未能将这些杂质截留住。以C、N、O为主的有机组分，合计占比平均在83.83%以上，说明有机组分也比较多，属于混合型污染。

对反渗透膜进水端及过滤器内壁上的污染物进行EDS扫描分析，数据如表2所示。

表2 内壁污染物成分分析结果

以上数据分析结果表明，反渗透膜进水端及过滤器内壁污染物成分主要以C、N、O为主，合计占比基本在90%以上，最高达到了99.5%；无机组分占比平均为2.82%，最高才4.72%，由此可以认为内壁污堵的成分主要为有机物，结合污染物粘滑特性及明显腥臭味，判断是微生物污染。

对多介质过滤器进口、超滤进口、超滤出口、超滤水箱及一级保安过滤器进口取得水样进行微生物菌落检测分析（参照标准：GB/T 5750.12-2006生活饮用水标准检验方法-微生物指标），结果如表3所示。

表3 各取样点菌落总数数据

分析以上菌落数据发现：多介质过滤器进口虽然为225 CFU/mL，经过NaClO杀菌处理后（加药点在多介质出口），超滤进出口及超滤水箱含量为1～3 CFU/mL，杀菌效果较好；但保安过滤器进口含菌量达到515 CFU/mL，明显又发生了细菌污染。

导致细菌微生物污染发生的因素很多，如水源、温度、季节、处理方式、运行条件、加药方式等[5]。运行中超滤水箱出口投加NaHSO3（SBS）以中和余氯，经过测试发现超滤水箱余氯一般在0.5～1.5 mg/L之间，平均值在1 mg/L，SBS加药量近期在6～8 mg/L之间。

SBS中和余氯的反应原理如下：

根据反应原理，SBS和余氯的摩尔比是1∶1，根据实际现场经验一般是2～3倍比例，但该系统加药量因季节原因调整到6～8倍，因此存在大量的SBS过剩的情况，使整个水系统变为还原性工况，而在药剂严重过量的还原性工况下容易造成厌氧菌滋生。解体检查发现超滤出口至反渗透进口保安过滤器管段内壁，重新受到了厌氧细菌污染，保安过滤器内及反渗透进口端微生物大量生长，造成一级反渗透膜一段运行压差快速上升。

对多介质过滤器进口、一级超滤进口、一级超滤出口、超滤水箱及一级保安过滤器进口取水样进行颗粒物变化分析，结果如表4所示。

表4 各系统水中颗粒物测量数据

通过对上述系统各工序段水样的颗粒物数值分析，发现多介质过滤器进口至超滤进口水样，各粒径范围颗粒物均大幅减少，说明多介质过滤器运行有效，预处理系统水质合格；超滤进出口颗粒物含量下降不明显，表明超滤并未起到应有的效果；保安过滤器有效精度是5 μm，因此5 μm以上的颗粒物会被截留在滤芯上，引起压差上升。对超滤出水的SDI值进行测试，数据如表5所示。

表5 超滤产水SDI值

超滤出水正常SDI值要求小于2.5，最大不不超过3.0，从以上数据可以看出，数值普遍较大，表明超滤系统可能存在异常情况。而引起SDI值偏高的原因有超滤膜断丝、破损、膜丝脱落、过滤孔径偏大不符合规定等情况。

通过以上颗粒物数据和SDI值数据分析判断认为，超滤系统并没有起到滤除小颗粒杂质的作用，可能存在断丝情况，须解体检查。对超滤进行解体气密性检测如图4所示，发现超滤膜组件存在明显的断丝情况，统计平均每根超滤膜约有38支有断丝现象。由于超滤膜有断丝情况，造成部分原水短路，未经过膜处理直接到超滤出口管道，部分杂质颗粒穿透，引起SDI值超标，这些杂质颗粒最终沉积在保安过滤器滤芯上，这也可以从超滤出口SDI值较高和颗粒物数量偏高得到验证。

图4 超滤解体断丝情况检查

超滤膜丝材质有多种，早期有PP、PVC、PS、PES等，目前主流是PVDF和PTFE，各种材质的特性如表6所示。

表6 各种材质超滤膜性能比较

本超滤膜材质是聚醚砜（PES），该材质虽然亲水性能较好，但强度一般，比较脆，该系统PES膜在运行中发生了明显的断丝情况。

3 总结及处置

根据以上排查情况，导致保安过滤器和一级反渗透一段运行压差的原因如下：超滤膜断丝引起部分无机颗粒杂质穿透超滤膜，最后大颗粒（大于5 μm）杂质沉积在保安过滤器滤芯上，造成滤芯压差首先上升。加上SBS的过量投加，药剂严重过剩的情况下，造成厌氧菌在合适的温度和有机营养质前提下大量滋生，在滤芯和管道及反渗透膜进口端生长，造成一级一段反渗透系统运行压差也快速升高。

根据以上原因，采取了如下处理措施：

（1）对超滤断丝膜暂时进行封堵处理，后续采用整体技改方式更换。经过调研，目前国内外超滤主流材质为PVDF（聚偏氟乙烯）和PTFE（聚四氟乙烯），由于PTFE价格偏高，而PVDF材质的超滤膜以其耐化学清洗、强度高、出水水质好逐渐得到大量应用。因此更换为优质的PVDF材质超滤膜，断丝问题得到解决，超滤出水SDI值回归正常。

（2）杀菌处理。对保安过滤器、滤芯及反渗透膜进口管道进行机械清理，然后进行离线和在线双重杀菌处理；选择两三种非氧化杀生剂交替对超滤水箱出口管道进行在线杀菌处理，对反渗透系统及进水管道进行在线杀菌处理。

（3）调整SBS加药量，和余氯量匹配，不超过2.5倍，抑制厌氧菌的生长。

经过以上改造和反复杀菌处理后，超滤系统出水运行正常，SDI值在1.5～2之间，后期保安过滤器及反渗透膜的运行压差趋于稳定，基本恢复到原先运行周期。

4 结 语

通过对反渗透膜、保安过滤器内壁及滤芯污染物的元素分析，判断某电厂反渗透及保安过滤器滤芯系统污染物成分主要是无机杂质及微生物的混合污染；对超滤出水颗粒物、SDI值检测，判断超滤断丝引起无机杂质穿透；SBS加药过量在适宜的温度下造成反渗透前的管道内厌氧菌大量生长。系统运行中应经常检测SDI值以判断超滤运行情况，SBS加药量不可过多，一般以2～3倍余氯量为宜，以防止还原氛围下厌氧菌的大量生长。