电厂化学水处理制水设备问题的分析与处置

2023-03-21张龙娜国家能源集团费县发电有限公司山东临沂276000

化工管理 2023年5期

张龙娜(国家能源集团费县发电有限公司，山东临沂 276000)

0 引言

长期的实践经验使人们认识到，水是发电厂热力循环系统中最重要的介质，直接关系着电厂运行的安全性，自然水中存在的某些物质会生成有害的成分，造成腐蚀或结垢，对设备造成不同程度的损害，因此自然水必须通过处理后才可以被电厂所利用，火力发电厂热力系统中水汽品质的好坏，直接影响到发电厂(锅炉、汽轮机等)的安全经济运行。

1 电厂用水简述

1.1 电厂用水的水质简述

目前，电厂用水的水源主要包括地表水和地下水及中水。

地表水主要是指江河水、湖泊及水库水和海水这些流动或静止在陆地表面的水。江河水含盐量在50～500 mg/L，硬度在1.0～8.0 mmol/L，含盐量及硬度较低；湖泊及水库水含藻类较多，当含有较多氮与磷时，就会使湖水富营养化，又由于水的不断蒸发，故含盐量往往比江河水高。这两种可作为电厂用水的水源。海水由于常年的蒸发浓缩作用，含盐量高，必须经过淡化处理才能应用，未经过淡化处理的海水主要用来冷却换热设备。

地下水是指存在于地球表面以下土壤和岩层中的水成为地下水。地下水是由雨水和地表水经过地层的渗流而形成的。水在地层渗透过程中，通过土壤和沙砾的过滤作用，悬浮物和胶体已基本或大部分去除，所以地下水浊度普遍较低，且含盐量高，硬度较大。地下水受外界影响小，水质比较稳定，是电厂用水的主要水源之一。

随着水资源的日益紧张，中水也正逐渐成为电厂用水的一种水源，但中水中细菌、大肠杆菌、余氯、悬浮物多，生物需氧量、化学耗氧量高，还含有色度、浊度、嗅味等，所以中水回用必须要满足卫生要求，pH、浊度、溶解性物质、蒸发残渣等指标满足要求，保证水质不会引起设备管道的严重腐蚀和结垢[1]。

1.2 天然水中的杂质成分

天然水中主要有悬浮物、胶体、溶解物质、有机物、微生物等。水处理实践表明，只要杂质尺寸处在同一范围内，无论是何种杂质，其去除方法基本相同。

我厂目前主要水源为水库水，地下水为备用水源，我厂用水水质特点：含盐量较低、悬浮物含量大等。据此我厂设置了机械加速澄清池、重力式空气擦洗滤池、超滤装置、活性炭过滤器等预处理设备；设置一级反渗透四套(每套出力Q=125 m3/h)，总出力为500 t/h；设置两套现出力为190 t/h的一级除盐设备和两台混床；设置二级反渗透两套(每套出力Q=115 m3/h)；设置EDI装置两套(每套出力Q=100 m3/h)。

2 电厂用水的预处理

2.1 机械加速澄清池

2.1.1 工作原理

机械加速澄清池是利用混凝的原理，目的是除去水中悬浮物、有机物和胶体。利用混凝剂水解形成带正电荷的胶体，与水中带负电荷的胶体杂质发生电中和作用，使胶体脱稳，从而使水中有机物和胶体聚集成网状颗粒(矾花或絮团)，网捕悬浮物，加速沉降。此过程利用了(1)中和作用；(2)吸附架桥作用；(3)网捕或卷扫作用，分为两个阶段，第一阶段是胶体脱稳，第二阶段是絮凝。

机械加速澄清池工作原理是加药后的原水由进水管进入三角环形槽，从槽孔流入第一反应室内，原水和反应室内的泥渣通过搅拌叶轮浆板进行混合；第一反应室中存在着大量的活性泥渣，在此区域内颗粒间的碰撞和粘附频繁，胶体很快脱稳生成微小矾花，经由叶轮的提升，原水和泥渣混合物进入第二反应室。在第二反应室内，微絮粒在泥渣絮凝和过滤双重作用下进一步粘附，最后成长成大颗粒矾花，携带着大颗粒矾花的水进入清水分离区后，因流速的骤然降低，矾花在重力作用下克服上升水流的携带，向下沉降。清水上升到清水区，由上部集水支槽汇集后流入环形集水槽，流出池外。在分离区中，沉淀下来的泥渣一部分沉入泥渣浓缩室，压缩沉降后，浓缩后的污泥由排泥装置排出池外，另一部分泥渣则返回到第一反应室再次与原水混合，回流的泥渣量比较大，一般为进水量的3～5倍。所以，在澄清池中，总有一部分泥渣在循环流动，起加速澄清作用。回流量可通过调流机构控制。第二反应区在辐射方向设有几个导流板，目的在于消除搅拌所产生的旋流运动，有利于分离区的工作。叶轮顶和第二反应室顶板间的距离成为开启度，叶轮转速一定时，开启度的大小决定了回流量的大小[2]。

2.1.2 影响混凝效果的因素及控制措施

正常澄清池运行时清水区出水清澈见底，出水悬浮物能控制在10～20 mg/L，出水浊度在2 NTU以下。避免出现澄清池出水浑浊。通过控制以下几个方面调整澄清池出水情况。

混凝剂加药量。初次投运机械加速澄清池，PAC加药量要增加到正常运行时两倍，我厂进水浊度低，循环泥渣量形成较慢，可以通过添加活性泥加快泥渣的形成，但同时必须增大PAC加药量。当第二反应室5分钟沉降比达到10%～15%时，不要再添加活性泥。正常运行时PAC配药量按照1 m3计量箱每次加入1袋(25 kg)控制，机械加速澄清池PAC投加量按照4～4.5 mg/L控制，即1#、2#澄清池进水流量100 t时，PAC计量泵调整至65%，3#、4#澄清池进水流量120 t时，PAC计量泵调整至70%，流量变化较大时进行相应的调整。

水的pH值。根据添加的凝聚剂聚合氯化铝，pH控制在6.5～7.5。

水温。澄清池正常运行中，维持20 ℃左右，且温度变化不能太大，每两小时温差控制在2 ℃以内。

水力条件。机械加速澄清池正常运行时，搅拌器转速一般控制在350～400转/h为宜。转速过低，泥渣搅拌不起来，不能与水中悬浮物胶体充分结合；转速过高，会将反应池中形成的大颗粒矾花搅碎，混凝效果下降。正常运行过程中要保持进水量的稳定，不要大幅度调整进水流量，否则负荷变化太大会造成澄清池出现翻池现象。

原水水质。为控制微生物滋生，尤其是夏季，需在原水中添加次氯酸钠杀菌剂，控制机械加速澄清池出水余氯在0.5×10-6～0.6×10-6。

接触介质。澄清池在第一反应室必须保证一定数量的活性泥渣，才能保证正常的混凝效果，正常运行时第二反应室5 min沉降比控制在15%～20%，过高或过低时可通过排泥处理。沉降比过低小于15%时，在第二反应室未形成泥渣层，就不能正常过滤刚进入池内的悬浮物，此时应少排泥，侧排周期可以放长到12 t排一次，排泥时间3 min，同时增大PAC加药量，无需添加活性泥。沉降比过高时大于20%时，会导致第二反应室中泥渣多产生拥挤沉降，在分离区出现泥层上升的现象，产水浊度增大，此时就应当缩短排泥周期，侧排4 h排一次，排泥时间3 min。底部排泥门可在侧排频繁也不能降低沉降比时，进行一次排放，排放时间30 s即可。

2.2 重力式空气擦洗滤池

澄清池出水悬浮物含量无法达到后续离子除盐进水水质要求，还要通过一系列的过滤处理，重力式空气擦洗滤池可以过滤澄清池中为混凝沉降的悬浮物胶体颗粒，降低水的浊度。运行中要注意及时反洗，通过水力剪切作用和空气擦洗作用，将滤料上截留的污染物定期去除，提高过滤效果。同时要注意空擦池内防腐材料合格，避免出现池壁腐蚀，防腐材料脱落，随出水流出，增加后续处理的负担。

2.3 超滤

2.3.1 超滤装置简介

超滤采用内压式膜，丝端过滤。系统在超滤前采用出水精度100 μm的以色列ARKAL 自清洗叠片过滤器，起到对超滤膜的预处理作用。

2.3.2 超滤系统存在问题

制水压力大，超滤24 h不间断运行，设备老化，超滤出水污染指数不达标，检查发现超滤膜污堵和断丝严重。后期水处理扩容更换一套超滤额定出力Q=150 m3/h，外压式膜，错流过滤方式，有效防止膜断丝问题。

2.3.3 超滤装置运行注意问题

控制运行参数。当超滤进出水压差≥60 kPa，透膜压差≥80 kPa，反洗压力≥200 kPa时，将本套超滤停下来进行化学清洗。反洗流量控制在290～360 t/h。超滤正常运行时的维护。超滤运行时一般保证半小时反洗一次，过长时间运行而不反洗会加重超滤膜的污堵甚至断丝，检查超滤反洗流量正常，检查超滤反洗加次氯酸钠系统运行正常，超滤进水余氯控制在0.3×10-6。

定期对叠片过滤器进行清理。每日手动反洗叠片过滤器。当超滤掺水流量低，清洗超滤膜组件后仍无法达到标准流量时，考虑拆下过滤器进行清理或更换新的叠片。及时进行化学清洗。我厂污染物主要是有机物，一般通过碱洗进行，在清洗水箱中配制pH=12的氢氧化钠溶液并加入6 000 mL 10%次氯酸钠溶液，采用循环1 h，浸泡1 h的方式，循环三遍，冲洗至出水pH达到合格后投运。次氯酸钠主要起到杀菌的作用，效果明显。当碱洗效果不好时，采用酸洗的方式，向清洗水箱加入柠檬酸，配制浓度为2%的柠檬酸清洗液(pH=2)，循环方式同碱洗一样。

定期进行清水箱清理和排污。运行人员对清水箱定期排污，检修维护人员定期对清水箱进行清理，清除澄清池出水带入的泥渣和池壁脱落的防腐材料。

2.4 活性炭过滤器

活性炭主要是通过吸附作用去除水中有机物、色度或嗅味物质，通过还原作用去除水中余氯，通过过滤作用去除水中悬浮固体。活性炭具有发达的多孔结构和特殊的表面化学性质，因而具有很强的吸附能力。活性炭过滤器通过定期水反洗和空气擦洗的方式反洗过滤器，去除截留污物，注意水反洗流量控制低于190 t/h，防止跑滤料。

3 一级反渗透系统

3.1 一级反渗透系统概述

根据目前电厂反渗透膜元件使用情况，拟选用陶氏的低压抗污染膜，选用最新升级产品：BW30-400/34i-FR。为防止水中的大颗粒物进入反渗透膜，损坏反渗透膜，确保RO的正常运行，反渗透前设置保安过滤器，保安过滤器是立式柱状设备，内装4支滤芯，过滤精度为5 μm。

3.2 一级反渗透进水要求

进水条件：SDI<3、浊度：小于 1mg/L。

SDI测试方法：测试前先冲洗，冲洗干净后装入SDI膜片。调整出水压力到0.21 MPa，用500 mL烧杯接水并记录接满500 mL水所用时间(t0)，15 min后再用同样的方法记录接满500 mL水所用时间(t1)。

3.3 一级反渗透运行中注意问题

3.3.1 防止膜氧化变质

由于原水中添加了次氯酸钠杀菌，次氯酸钠具有氧化作用，进入反渗透膜中会造成膜氧化降解，造成盐通量和水通量升高现象，此过程不可逆。通常，第一段比第二段的膜易氧化。所以在保安过滤器进水管设置还原剂加药点，加入亚硫酸氢钠，控制反渗透进水氧化还原电位小于200，余氯为0，防止反渗透膜的降解，造成反渗透出水水质变差。

3.3.2 机械损伤

膜组件的机械损伤可能造成给水或浓水深入产品水中，引起脱盐率下降、产品水流量升高。可通过测定单只膜出水电导指标检查膜组件情况，当发现问题时及时进行检修处理。机械损伤的形式主要有以下四种：(1)O形圈泄漏；(2)膜卷窜动；(3)膜破裂；(4)连接件损坏[3]。

3.3.3 污染

预处理效果不好的系统，膜容易发生污染，反渗透进水污染指数是表征预处理好坏的晴雨表。当水中污染物在膜组件的水流通道沉积后，水流阻力增加、产水量下降和压降上升。污染物还会堵塞模孔，偶尔可见短暂的脱盐率上升现象，之后在压力推动下透过膜而进入淡水中，引起淡水质量下降。

反渗透装置的污染物主要有以下六种：(1)胶体；(2)金属氧化物；(3)微生物；(4)有机物；(5)药剂不兼容物，如阻垢剂与絮凝剂反应的胶状物；(6)水垢。上述污染物中，水垢一般发生在最后一段的最后一根膜元件上，其他污染一般发生在第一段。

3.3.4 膜压密

膜压密一般是由压力和温度过高，水锤冲击引起。膜压密后，产水流量下降，解剖膜元件，有时可看到膜体嵌入透过水隔网之内的现象。所以当反渗透污堵后，不能一味通过提高压泵频率的方式来提高产水量，容易造成反渗透膜的损坏，当达到以下条件时应进行化学清洗：(1)在运行条件不变的情况下产水量比初始值下降10%。(2)在运行条件不变的情况下，一段或二段的压差比初始压差(新膜压差)上升15%～20%。(3)产水量不变的情况下脱盐率比初始值下降20%。