反渗透在电厂除盐水工艺中的经济运行

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摘要

反渗透技术又称为逆渗透技术,是一种利用反渗透法,对水达到分离、提纯、浓缩等目的技术。由于其简单便捷,容易操作等优良性能,并且其系统具有较高的稳定性和安全性,经过反渗透处理的水不仅符合高标准水质,更兼具出水量大,出水稳定等优点。

1 前言

某电厂2*600MW机组补给水处理原采用3×120 m3/h活性炭过滤、阴阳离子加混合离子的全离子交换除盐系统，原水采用长江水。

随着我国经济的高速发展，地表水水体污染亦日趋严重，普通的离子交换系统已不能满足电厂生产经营和国家环保要求的需要，该电厂于2016年9月对现有的补给水处理系统进行了扩容改造，增加超滤(UF）和反渗透（RO）装置。

改造后的工艺流程为：长江地表水→机加池→空擦池→活性炭过滤器→自清洗过滤器→超滤装置→超滤水箱→反渗透升压泵→保安过滤器→反渗透→预脱盐水箱→阳阴床→混床→除盐水箱。

改造后，系统已正常运行3年多，近三年酸碱用量及废水排放量明显下降，显而易见，超滤反渗透的改造取得了良好的社会效益和经济效益。

2 反渗透进水预处理

某电厂2*600MW机组除盐系统反渗透膜由27支压力容器组成，分为2段，一二段比例为18：9。每支压力容器内装6只膜元件，单套反渗透系统有162支膜元件。反渗透膜选用美国HYDRANAUTICS公司生产的PROC10抗污染型芳香聚酰胺复合膜。

2.2为满足反渗透设备的进水要求，反渗透进水前设置了活性炭过滤器、自清洗过滤器及超滤(UF)装置；活性炭过滤器起吸附作用，主要吸附水中小分子的有机物，另外活性炭对于水中COD的去除率一般在40%~98%；

自清洗过滤器是一种过滤精度 100μm的滤 式过滤，主要是防止水中残余的大颗粒对超滤膜的影响；超滤(UF)装置是一种过渡精度在0.01μm的物理过滤装置，它是利用外界压力的推动下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质等；

控制超滤产水SDI不大于3；某电厂采用了美国PENTAIR公司生产的XIGA 64中空纤维膜。

2.3 由于超滤是全量过滤，所以超滤膜很容易被水中的微生物污染，最终将导致膜表面的污堵并降低膜的性能。微生物会不可逆地损坏膜，因为它会导致膜聚合物的降解。

附着在膜表面的微生物也会成为垢和其它沉积物的晶核生长点。某电厂的水源是长江水，水中微生物较多，为了保证最高的膜效率，因此必须对原水进行杀菌，以控制细菌等微生物对膜的影响；

其加药点设在自清洗过滤器出口至超滤进口之间，杀菌剂采用的是浓度为10%的NaClO原液，控制杀菌剂加药量在3－5ppm之间，超滤进水余氯在0.1～0.2 ppm，且超滤产水余氯不大于0.1ppm。

2.4传统预处理和超滤处理，采用何种处理将直接影响到RO系统的运行，事实证明，采用超滤处理的RO，其化学清洗周期可延长3-6个月；反渗透膜的使用寿命亦可延长2-3年。

3 反渗透的运行控制

反渗透在运行中需加入还原剂及阻垢剂，以防止膜氧化或结垢现象的发生，但是需要严格控制药剂的加药量，药剂的过量投加反而会导致运行压差上升、产水量下降、脱盐率下降，从而造成反渗透系统运行的不稳定。

3.1 还原剂的投加

还原剂(亚硫酸氢钠) : 为了抵消原水中残余氯影响，防止残余的活性氯氧化膜表面，从而引起膜元件对盐份的脱除能力的下降，因此，应对RO进水进行脱氯处理，理论上1.46mgNaHSO3可以还原 1.0mg余氯（以Cl2计），但在工程实践中，通常还原 1.0mg余氯需要加入 3.0mg NaHSO3，以保证脱除效率。

NaHSO3固体在阴冷干燥的环境下可以保存较长的时间，但在水溶液中，会随时与空气中的氧反应，不同浓度的NaHSO3保存期也不相同，2%的NaHSO3溶液的最长有效期为3天，10%的为1周，20%的为1个月；

加了NaHSO3之后，水仍有可能呈现氧化性，而且Fe、Cu等金属离子会强化这种倾向。NaCl、NaHCO3和铜的协同作用能促进这种氧化能力；NaHSO3的加药量大小需要采用氧化还原电位(ORP)进行监测，以控制水中残余氯的大小。

但是过量的投加会导致膜表面滋生厌氧菌，形成新的污染物，给膜造成污染，从而导致产水量的下降以及运行差压的上升；在我国现行的各标准中一般控制反渗透入口余氯小于0.1mg/l（最优状态则需小于0.05mg/l），下图1为过量投加还原剂后在膜端形成的有机物污染；

某电厂还原剂采用亚硫酸氢钠水溶液，加药量3－5ppm，最终以控制RO进水的ORP在200-300mV之间为主。

图1膜端连接件表面有机物污染

3.2 膜用阻垢剂的投加

反渗透系统随着淡水的不断渗透，其进水侧的盐分将不断被浓缩，当难溶盐浓缩超过其溶解度极限时，就会在反渗透膜表面发生结垢，若反渗透系统回收率为75％时，其浓水的含盐量就会增加到进水的4倍，回收率越高，产生结垢的风险性就越大。

为了防止难溶盐在反渗透膜表面的结垢，在反渗透系统中，必须通过投加阻垢剂来有效的防止膜元件结垢；但是当反渗透入口水温降低，产水量降低，此时所需要的阻垢剂加药量也应降低，膜用阻垢剂是高分子有机物, 大量投加同样也会增加RO运行差压的上升, 给运行带来不利。

RO停运时的冲洗水为合格的产品水，其目的是冲洗RO膜内残余的盐类，防止残余的盐类在膜内聚集而滋生细菌，故低压冲洗不允许投加阻垢剂。某电厂阻垢剂采用Titan ASD 200/SC(美国PWT公司生产的11倍浓缩液)，加药量控制0.27ppm。

3.3 非氧化杀菌剂的投加

非氧化型杀菌剂是通过改变微生物上个别基团，抑制生物活性达到杀菌的作用，非氧化型杀菌剂具有高效、广谱、低毒、药效快而持久、渗透力强、使用方便；

非氧性杀菌灭藻剂有致毒剂的作用，使微生物的酶系统失去活性，破坏细胞的新陈代谢，破坏细胞壁，细胞膜或其它特殊部位，使细胞失活，达到杀菌作用。可以弥补氧化剂的不足；非氧化型杀菌剂通常是氯酚类、季铵盐类的非氧化性化合物。

非氧化性杀菌灭藻剂的杀生作用有一定的持久性，对沉积物或黏泥有渗透、剥离作用，受硫化氢、氨等还原物质的影响较小，受水中PH值影响较小，在目前的运行中，非氧化杀菌剂作为不定期的定量投加，以控制RO膜系统生物污染，延长RO膜清洗时间，一般建议在反渗透停机低压冲洗时冲击投加；

某电厂非氧化杀菌剂采用14-15%的异噻唑啉酮（I类）的原液，仅仅是在反渗透停机低压冲洗时冲击投加2-3分钟。

4 反渗透的优化运行

4.1 加强反渗透进水的预处理，确保反渗透进水的SDI不大于3；
4.2 整个RO系统的运行坚持少加药的原则，保证最低加药量，因为无论是还原剂、阻垢剂、非氧化杀菌剂，都是剧毒的化学药品，过量投加都会给RO膜造成严重的影响，从而造成运行差压上升、产水量下降以及脱盐率的下降；

在冬季枯水期时，由于水温较低，水中微生物较难以生存，此时应及时向下调整还原剂及阻垢剂的加药量，甚至可以停加还原剂，但是阻垢剂不可停加。

4.3 及时对RO系统内各表计（ORP表、余氯表、流量计）进行校验，防止因表计的测量偏差而导致RO系统的运行异常。

4.4 对浓水进行回收再利用，减少废水排放

某厂反渗透为一二段设计，运行出力120t/h，浓水排放40t/h，按一个月的连续制水统计计算，两套RO系统一个月共排放约3万吨浓水，下图3为浓水的分析指标，从图中可以看出该电厂反渗透浓水水质相比长江水含盐量、Ca2+、Mg2+及Cl-浓度均有所提高；

目该电厂的反渗透浓水主要用于脱硫工艺用水和排放，排放时造成了极大的水资源浪费，某电厂于2018年开始分步实施废水零排放项目，为的是进一步节约水资源及减少废水的处理排放量；通过调研，该电厂决定于2019年8月采用零动力浓水回收装置来回收浓水，将浓水的排放量减少50%，从而提高企业的经济效益和社会效益。

某电厂反渗透浓水回收装置采用杭州英普公司的零动力浓水回收技术，该技术是利用RO系统的浓水余压（大于0.5MPa），不需要再额外的设置增压水泵，其浓水回收装置布置在原有RO膜壳的上方，其工作原理是将浓水再进入新增的浓水RO膜再进行浓缩一次，其产水回收至超滤水箱，其浓水通过原有的浓水排放管道排放或回用，图4为某厂浓水回收装置产水的水质指标。

该电厂两套反渗透，按一个月原先浓水排放3万吨计算，通过对反渗透浓水进行回收改造，该电厂反渗透一个月节约废水排放减半至1.5万吨，按工业取水费1.5元/吨计算，全年可节约成本，全年可节约水费27万元，按浓水回收3年使用使命计算，3年就可节约81万元，

该厂浓水回收改造项目总投资近88万元，意味着3年多即可回收全部投资成本，给企业增加了经济效益，且由于废水排放量下降，减少了高盐废水对社会水资源的损害，也为企业创造了极大的社会效益。

5 结论

通过对以上的运行控制，该电厂反渗透的运行周期得到了延长，化学清洗周期较之前延长了3-6月，现平均一年清洗1~2次；且各药剂的使用量下降了近30%，节约了药剂成本，亦延长了RO膜的使用寿命；同时对浓水回收的改造，大大的减少了高盐废水的排放量，对后续公司废水零排放项目的稳步实施创造有利的条件。

徐健17768766556 电力圈化学群群主，从事大型火力发电机组水处理运行工作十余年。