| 摘要：XX电厂化学处理车间是电厂的供热改造工程的配套工程，电厂供热改造新增供热能力92t/h，增加的化水处理能力按100t/h设计，水源为地面水，处理流程为采用反渗透加水混床，文章从工程角度探讨反渗透装置在化水系统的应用，并从设计角度简述类似工程的共性、注意事项等内容。
关键词：预处理 机械加速澄清池 反渗透装置 后处理 加药装置 1 工程概况 XX电厂供热改造新增供汽能力92t/h，蒸汽来源为2×25MW机组打孔抽汽，抽汽量为2x40t/h，其锅炉为中温水压锅炉；新建75t/h锅炉对外供汽12t/h。全厂锅炉总的补给水量需要125t/h，原有的化水车间的设计制水量为50t/h，现有的实际供水能力约30t/h，必须新建化学水处理系统，最大出力按100t/h设计。经与甲方协商，并经实地考虑，新建的化水车间考虑利用原化水车间东侧的旧厂房，其面积和高度均能满足新增设备的要求，室外场地也能满足各类及处理构筑物的布置要求。 化学水用水直接从冷却循环水供水母管上接入。 2 水质分析资料及锅炉给水水质要求 橡胶坝水库水分析资料平均值主要项目摘录如下： 总固体：275mg/L 溶解性固体：268mg/L 悬浮物（夏季）：5.1mg/L 总碱度：3.8mmol/L 总硬度：4.5mmol/L 强酸根离子含量：1.20mmol/L 游离二氧化碳：3.74mg/L 耗氧量：4.64mg/L 含盐量：373.6mg/L Fe3+：1.5mg/L Cu2+：1.5mg/L 根据《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》GB/T12145-1999，中温中压锅炉给水水质要求。 硬度≤20μmol/L 氧≤15μg/L 铁≤50μg/L 铜≤10μg/L pH 8.8-9.2 油＜1.0mg/L 其中SiO2的含量以不影响蒸汽品质为准，中温中压锅炉蒸汽中SiO2的含量≤20μg/kg。 3 系统选择 根据有关规程和相应的设计导则，中压锅炉采用一般除盐离子交换系统，即能满足补水水质的要求，但锅炉的补给水率高，根据XX电厂的实际运行情况，其补给水率为锅炉蒸汽量的15-22%，约是正常计算补水量的2.5倍。根据供水水质和改造成供热机组后要求的补给水水质标准高等情况，可采用一级除盐加混床系统，这样是能够减少锅炉的排污率，减少锅炉的超额补水量，使之维持到正常水平的补水量。 以上处理系统曾经是厂院双方所共同认可的，设计院提供给厂方的高级阶段的设计文件中推荐的也是一级除盐加混床的系统。该项目从立项到施工图设计阶段有近三年的时间，所以当我接手施工图，并提出反渗透（RO）加混床（MB）的系统时，厂方技术人员是有疑问的，原因有以下几点： ① 根据有关设计原则，一般认为当进水含盐量≥500mg/L时，采用反渗透是技术可行，经济合理的。在原水含盐量为370mg/L时采用反渗透是否经济合理。 ② 原化水车间采用电渗析（ED）加一级除盐（H-O-OH）系统，厂方的技术人员对一级除盐系统的运行管理比较熟悉，另外，原有的电渗析系统由于多方原因基本上建成后就无法运行，大家对反渗透系统也存有疑虑。 ③ 厂方认为反渗透系统比一次除盐系统一次性投入大得多。 实际上随着反渗透技术应用的增多，特别是反渗透低压膜、超低压膜（或抗污染膜）的使用，大大降低了运行成本，尤其是电力费用，以至于认为含盐量超过100mg/L的原水（在美国的价格条件下，原水总溶解固形物大于75mg/L时，采用RO是经济的），采用反渗透作为预除盐也是经济合理的，再者，RO系统可减少酸碱用量，排水对环境污染小，操作容易，对原水质变化适应性强，产品水有机物含量低，在有效地去除胶体硅等技术上有优越性，因此，供水量比较稳定的热电厂反渗透装置的使用是可适当放宽的。另外，单从反渗透系统的综合造价而言，已从原来的每吨水5-6万元，降至每吨水2-4万元，初投资与一般除盐系统相比，根据水质情况而稍有差别，是基本持平或稍高，但反渗透的制水成本要远小于一级除盐的，这一点是有共识的。 根据对临近的部分电厂正在运行的反渗透系统的考查，厂方最终同意采用RO+MB系统，具体流程如下：  和后处理流程的选择考虑了下列因素：①水源为地面水，雨季及红薯收获水质变化较大；②满足供热机组的用水水质要求，工艺设备要可靠；③操作简单，适应水质改变和设备故障的能力强，处理设备的备用情况；④废液的处置与排放；投资和运行费用，具有可靠的监测手段。上述流程还应包括反渗透装置的清洗过程，具体内容下面的有关章节有详述。 4 处理构筑物和设备 针对流程中涉及的处理构筑物和设备，文章从设计计算、工程使用、设备性能、在线仪表等方面简介如下： 4.1 机械搅拌澄清池 在机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池、悬浮澄清池等几个池型中选择机械搅拌澄清池， 是因为①其处理效率高，单位面积产水量大；②对水质、水量、水温的变化适应性强，运行稳定、投药量少，易于控制；③进水浊度一般不大于5000mg/L(短时间内允许达5000-10000mg/L)出水浊度小于10mg/L。 设备处理水量的确定应考虑设备的自用水率，并应根据原水水质计算出各级设备的自用水率，初期估算可按以下原则：混床的用水率5%，RO装置回收率75%，过滤器自用水率15%，澄清池自用水率15%，计算得出机械加速澄清池处理水量为185m3/h。设计选用单座额定出力120m3/h，直径φ7500mm机械加速澄清池两座（95S721），在清水区水面下0.50m处增设斜管，斜管长L=1.00m，倾角α=600。这样不仅使澄清池的出力增加80%左右，达220m3/h，还可改善澄清池出水品质，设计考虑两座池子同时运行，澄清池在低负荷运行，对保证后续处理设备进水水质是有把握的，一座澄清池检修，另一座澄清池运行仍能满足正常的供水要求。 机械加速澄清池能去除约75%的进水有机物，其出口有机物含量约1.16mg/L。 在每座机械加速澄清池进口设流量表，出口设浊度计（监测范围0-50mg/L）,进出口设温差监测仪等。 4.2 混凝剂加药系统和杀菌加药系统 混凝剂加药系统采用成套加药装置1套，型号CTA1-1/2xJ。包括加药桶（V=500L）1个，柱塞计量泵（Q=40L/h，H=0.5-4MPa）2台，计量泵考虑可同时使用。混凝剂采用硫酸铝，雨季时采用聚丙烯酰胺，混凝剂的投加量可参照类似原水条件下的现有净水厂的运行经验确定，因影响混凝因素较多，实际运行时，混凝剂的加入量应在烧杯试验的基础上作调整。 杀菌剂通常选用次氯酸钠，由于采用次氯酸钠作为杀菌剂，水中有残余氯，为满足RO装置（复合膜）的进水要求，原水进入RO装置前必须去除残余氯。现在的膜供应商根据膜的性能够提供非氧化杀菌剂，这样后续流程就不用投加还原剂啦。 药剂加在第一反应室内。 4.3 机械过滤器 机械过滤器的处理水量为160m3/h，选用2台φ3200的双层滤料过滤器，正常运行速度V=10m/h，强制滤速V=20m/h，设计再生周期24h。滤料采用稀土瓷砂滤料，该滤料球状度在0.96-0.98之间，接近于球形，其粒径和密度均可在生产时控制，设计滤料的参数如下：上层滤料高400mm,粒径1.2-1.4mm，密度1.0-1.2g/cm2，下层滤料高800m，粒径0.8-1.0mm，密度2.0-12.2g/cm2。这样滤料基本为均质滤料，整体粒径分布上大下小，接近于理想配置。 过滤器的设计水头损失29.4-49.0kpa，反洗采用空气擦洗加全浮动状态下的逆流反洗。一般发生下列情况之一时，需要进行反洗，①过滤器水头损失达到规定值（或建议值）；②过滤器出水水质变坏或达到设定的水质上限时；③过滤器运行达到规定（或建议）的运行时间。反洗参数的确定按相关规范执行。 过滤器的运行监控项目主要有：①水头损失，②出水质量，③自动反洗时的起始状态与运行周期，④滤速（流量），⑤反洗强度、反洗持续时间等，监控仪表主要有：进口流量计,出口浊度仪，进出口压力表（或压差仪）等。 过滤器出口浊度＜2mg/L，Fe＜0.3mg/L(以Fe表示)。 4.4 活性炭过滤器 活性炭过滤器的处理水量为160m3/h，选用2台φ3200活性炭过滤器，要求选用优质果核壳类活性炭，以确保机械强度好，满足吸附速度快，吸附容量大的要求。 原水进入活性炭过滤器前，尽量把颗粒胶体物除去，以防堵塞炭的细孔使炭床孔隙堵塞，以提高活性炭的吸附效果。一般要求进吸附柱浊度＜3-5mg/L。 活性炭过滤主要用来除去有机物和残余氯，选择水处理措施可采用A值指标（英国中央发电局使用）。  耗氧量指标是27℃，用kmno4作氧化剂，氧化4小时测得的O2值。 A＜0.004不用除有机物措施。 A=0.004-0.008 复床中用大孔树脂。 A=0.008-0.0015 用活性炭或CL型树脂。 A>0.015采用加氯氧化分解和活性炭吸附处理。  因此，在澄清池投加氧化剂的基础上，还需增加活性炭吸附处理。活性炭过滤器放在机械过滤器的后面，是保证活性炭过滤器的进水浊度满足要求。一些反渗透供应商希望把活性炭过滤器放在机械过滤器前面，理由是活性炭的破碎颗粒加重的保安过滤器的负担，并有可能进入RO装置，这一点主要是由于所选活性炭滤料不合理造成的，活性炭过滤器不应直接面对浊度较高的原水。 活性炭吸附终点的控制，应根据去除有机物的性质而定，一般吸氯优于有机物，而且吸附率几乎是100%，如以余氯作控制点则控制CL2＜0.1mg/L；如果以有机物作控制点，应控制A值＜0.004。本工程是以去除有机物为主。 值得指出的是活性炭（GAC）过滤器内滤料的多孔结构，活性炭吸附的有营养的有机物，提供了细菌繁殖的环境，因此，GAC过滤器的定期擦洗或化学处理是必要的。 活性炭过滤器的在线监控仪表主要的：进口流量计，出口余氯仪（本工程不设），进出口压力表等。 4.5 5μm保安过滤器 因为反渗透装置对进水中悬浮物杂质含量有严格的要求，除了需要预先对原水进行常规的粒状滤料过滤外，还有必要使用滤芯滤料过滤（常用5μm滤芯），以除去水中微量的悬浮杂质。 保安过滤器的处理水量为140m3/h，选用Φ600mm的5μm保安过滤器2台。 不同厂家的产品对悬浮物的去除效果稍有不同，下面给出某种5μm过滤器过滤性能：5μm滤芯透过大于5μm颗粒的几率小于0.05%；进水浊度低于1mg/L时，其出水浊度低0.3mg/l；进水浊度低于2mg/l时，其出水浊度低于0.5mg/L; 进水中Fe含量为100mg/L时，出水中Fe的含量为13mg/L；对硅的去除效果不明显的,约在20%左右；对进水SDI值的降低效果显著，去除率在80%左右。 另外，从经济运行的角度看，滤芯的运行压差不宜过大，否则，出现能量消耗大以及堵塞严重的情况下，当进水流量（或压力）有波动时，会将截留杂质带过滤芯而影响出水水质。建议单个滤芯出力为0.5m3/h时，使用压差最好小于0.05MPa，此时的运行时间约为20d。 对于给定水量的过滤器内所需滤芯的组合及数量，应根据厂家对滤芯性能的说明而定，过滤器的运行周期和压降也需根据滤芯性能和过滤的结构进行测算。 保安过滤器的进出口应装压力表（或压差计）。 4.6 RO装置 RO系统主要从反渗透的进水水质、反渗透膜结垢的控制、RO装置的本体设计及RO装置的清洗等方面来论述。 1）反渗透的进水水质 设计采用海德能公司生产的Φ8″×40″CPA3膜，是普通复合膜，其运行条件如：最大SDI4.0，最高温度45℃，最大浊度1NTU，pH范围3.0-10.0，最大给水流量75gal/min。测试条件（1500mg/L，NaCL，1.6Mpa，25℃，pH6.5-7.0，回收率15%）下的产水量42m3/d，脱盐率（CL-%）99.5%，膜表面积37m2。 下面给出常用的反渗透膜的进水水质，可供参考。 a 、卷式醋酸纤维素膜 其对反渗透进水水质的要求如表一所示。 b、中空纤维式聚酰胺膜 其对反渗透进水水质的要求如表二所示 表一 卷式醋酸纤维素膜对反渗透进水水质的要求 项目 | 建议值 | 最大值 | SDI15 | ＜4 | 4 | 浊度（NTU） | ＜0.2 | 1 | 含铁量（mg/L） | ＜0.1 | 0.1 | 游离氯（mg/L） | 0.2-1 | 1 | 水温（℃） | 25 | 40 | 水压（MPa） | 2.5-3.0 | 4.1 | pH（值） | 5-6 | 6.5 |
表二 中空纤维式聚酰胺膜素膜对进水水质的要求 项目 | 建议值 | 最大值 | SDI15 | 3 | 3 | 浊度（NTU） | 0.2 | 0.5 | 含铁量（mg/L） | ＜0.1 | 0.1 | 游离氯（mg/L） | 0 | 0.1 | 水温（℃） | 25 | 40 | 水压（MPa） | 2.4-2.8 | 2.8 | pH（值） | 4-11 | 11 |
c、常规卷式复合膜 其对反渗透进水水质的要求如表三所示 d、超低压卷式复合膜。 其对反渗透进水水质的要求如表四所示。 表三 常规卷式复合膜对反渗透进水水质的要求 项目 | 建议值 | 最大值 | SDI15 | ＜4 | 5 | 浊度（NTU） | ＜0.2 | 1 | 含铁量（mg/L） | ＜0.1 | 0.1 | 游离氯（mg/L） | 0 | 0.1 | 水温（℃） | 25 | 45 | 水压（MPa） | 1.0-1.6 | 4.1 | pH（值） | 2-11 | 11 |
表四 超低压卷式复合膜对反渗透进水水质的要求 项目 | 建议值 | 最大值 | SDI15 | ＜4 | 5 | 浊度（NTU） | ＜0.2 | 1 | 含铁量（mg/L） | ＜0.1 | 0.1 | 游离氯（mg/L） | 0 | 0.1 | 水温（℃） | 25 | 45 | 水压（MPa） | 1.05 | 4.1 | pH（值） | 3-10 | 10 |
其中SDI量用来衡量反渗透装进水水质的一个很有用指标，即污染指数FI，也可称为淤泥密度指数SDI。SDI值测试与膜元件运行状况不是一致的，与浊度指标相比，也是仅能更好反映反渗透装置污染程度而已，SDI值与污染程度关系见表五。 表五 SDI值与污染程度关系 SDI值 | 污染程度 | ＜3 | 低污染 | 3-5 | 一般污染 | ＞5 | 高污染 |
在反渗透装置中，通常用15min的SDI值。SDI值的极限值为6.7。 2)反渗透膜结垢的控制 中空PA膜和复合膜不能忍受氧化剂如残余氯、碘、溴、臭氧等，这些氧化剂对膜有侵蚀破坏作用。当水中存在铁锰、铜等金属时，它们会起催化剂作用，加速残余氯的氧化侵蚀作用。去除水中氧化剂通常加入还原剂亚硫酸钠，本工程无需加入还原剂，是因为澄清池投加是非氧化杀菌剂。投加还原剂工程设计时可采用成套的加药装置。 反渗透系统通常防止CaCO3在膜上沉淀的方法是加酸调节水的pH值，加酸的多少就是要使浓水中朗格里尔指数小于或等于零，使CaCO3无法在膜上沉淀出来。一般情况下加HCL，加药装置可采用成套的加药设施。 防止硫酸盐（CaSO4）等的结垢的方法，通常是在给水中加入六偏磷酸钠（SHMP）等。一般来说，判断硫酸盐是否在RO膜上析出，需要用溶度积KSP来判断。加药装置可采用成套的加药设施。本工程经计算不需单独投加SHMP。 实际上，现在的膜的供应商都是根据原水的水质情况，提供一种综合的药剂，满足调pH值、阻垢等要求，使加药系统简化。 3)RO装置 在设计反渗透除盐装置时应考虑如下因素： a. 系统的出力、系统回收率、系统脱盐率； b. 选择合理的膜类型和膜构型； c. 计算所需膜元件（组件）的数量； d. 测算膜组件合理的排到组合，尽量使各段膜元件的出力和压降相当； e. 确定高压泵的位置，本工程高压泵与膜组件分开布置； d. 合理选择连接管道； e. 合理选择与水接触的就地仪表及探测敏感元件等，实际工程中基本是由设计人员提出相应的要求，由膜供应商根据原水水质及反渗透膜的具体数据给出RO装置的整体安装、加工方案，并配供相关的附件，如必要仪表、管道、阀门等。 以下仅就系统回收率、膜元件的渗透水量、高压泵的选择等给以介绍。 ① 系统的回收率 在采取适当的情况下，通常采用75%回收率，该回收率也称为标准系统回收率。这主要由下面两个因素决定： a. 采用75%回收率时，可选用6m长的压力容器（内装6个40"长的膜元件或4个60"长的膜元件），每个压力容器最佳回收率为50%，当采用2:1排列时，系统回收率为75%。该排列无需使用浓水循环，即可把相当高比例的给水转为渗透水。 b. 回收率不大于75%，对整个RO渗透水质量不会有太大的影响，当回收率超过75%时，水质急剧下降。 ② RO渗透水量  单个膜元件的渗透水量q可按下式计算 式中PN——膜元件的实际净运行压力； α——污染系数，小于1； qv.d——单个膜元件的额定渗透水流量（由膜厂商提供）； Pd——单个膜元件的额定运行压力（由膜厂商提供）； TJ——温度校正系数（由膜厂商提供） 根据单个膜元件的渗透水量q和总出力即可计算所需的膜元件数。作项目估算时，可按单个膜元件的额定渗透水量的70%计算。本工程经计算共需108只CPA3膜元件，供两套装置，2:1排列，回收率75%，每套RO装置设计出力50t/h。 ③ 高压泵 与RO装置配套的高压泵通常选用丹麦格兰富泵，一套RO装置配一台泵（或两台泵），不备用，本设计选用SRN65-7-1型泵2台。高压泵的实际运行压力由净运行压力PN、渗透水的压力（背压）Ppea、系统压差Ppd的一半、系统平均渗透压пar相加得到。对溶液TDS低于1000mg/L的RO系统，当回收率为75%时，渗透压对膜的透过水量的影响可以忽略不计。 ④ 反渗透装置的清洗 在正常运行条件下，反渗透膜可能被无机物垢、胶体、微生物、金属氧化物等污染，这些物质沉积在膜表面上，将会引起反渗透装置出力下降或脱盐率下降，因此，为了恢复良好的透水和除盐性能，需对膜进行化学清洗。 清洗条件应根据膜制造商提供的清洗导则进行，如果膜制造商未提供清洗导则，则应遵循下列原则，即凡是具备下列条件之一的情况，均需要对膜元件进行清洗。 a.标准渗透水流量下降10%-15%。 b.标准系统压差增加10%-15%。 c.标准系统脱盐率下降1%-2%或产品水含盐量明显增加。 c.已证实有污染或结垢发生。 至于清洗药剂的选择，不同的膜生产厂商对污染物采用的药剂有不完全一致的要求。具体清洗配方或专利清洗液向膜供应商索取。 一般清洗系统由清洗泵、清洗、5μm保安过滤器及所需的管道、阀门和控制仪表（如pH计、温度计、流量表）等组成。清洗流程见下图。  1-清洗；2-清洗泵；3-保安过滤器；4-RO装置。 本工程设V=3.0m3清洗一个，ф600mm保安过滤器一台，CRN64-2-2清洗泵一台等设备。提醒注意的是清洗泵应耐腐蚀，一般压力可为0.3-0.5Mpa，流量数据可向生产厂商索取，确定清洗的体积时，应考虑压力容器的容积、保安过滤器的容积、有关管道的容积等。 |
