紀偉光，李 琪，高順明 ，張逸明

（1.華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島 266031；2.諾芮特凈化系統(tǒng)（上海）有限公司，上海）

0 引言

我國沿海地區(qū)是經(jīng)濟發(fā)展最活躍的區(qū)域，但是淡水資源相對匱乏，這成為制約經(jīng)濟較快地持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一。在建、新建、已建的沿海地區(qū)發(fā)電與供熱企業(yè)，在解決企業(yè)用水問題時，越來越多地將目光匯聚在海水淡化技術上。國家建設部也正在擬定《火力發(fā)電企業(yè)海水淡化設計規(guī)范》，由山東省質量技術監(jiān)督局于2009年2月23日發(fā)布、并于2009年3月1日實施的 《火力發(fā)電廠反滲透海水淡化裝置設計導則》，規(guī)范了火力發(fā)電廠反滲透海水淡化裝置設計的一般原則和方法，為沿海地區(qū)火力發(fā)電與供熱企業(yè)采用反滲透海水淡化技術的制水工藝系統(tǒng)設計，提供了運行安全、技術經(jīng)濟合理、易于操作和維護及環(huán)境保護等諸多方面的標準與要求。國際上，目前商業(yè)運作與投產(chǎn)的海水淡化制水工藝方法主要有膜法和熱法。

膜法海水淡化制水工藝中應用最廣泛、技術相對成熟的是海水反滲透（SWRO）法，而選擇合理的預處理工藝，是預防海水反滲透膜元件污染，保證海水反滲透安全、穩(wěn)定、連續(xù)運行的決定性因素之一。超濾技術是近幾年我國水務行業(yè)迅速發(fā)展起來的反滲透膜法的預處理技術，克服了傳統(tǒng)預處理制水工藝中出水水質不穩(wěn)定、出水水質不合格等諸多不足，能夠保證海水反滲透系統(tǒng)的進水水質標準要求，具有安全、穩(wěn)定、自動控制連續(xù)運行的特點。

目前，我國國內多個沿海發(fā)電與供熱企業(yè)，已經(jīng)采用超濾膜和海水反滲透膜結合的雙膜法海水淡化制水工藝制取供熱與機組用水，其中包括目前總裝機容量為4×300MW的華電青島發(fā)電有限公司。

1 超濾（UF）系統(tǒng)的結構特點和系統(tǒng)設計

華電青島發(fā)電有限公司海水淡化制水工藝系統(tǒng)中，按照設計制取淡水量為2×145 m3/h，設計超濾系統(tǒng)總產(chǎn)水量為750 m3/h，分兩期建造，每期設計產(chǎn)水量均為375 m3/h。該公司在工程投標前選擇了3種超濾膜元件進行中試，根據(jù)中試結果最終選擇XIGA超濾膜，一種布置方式為臥式的超濾膜元件。

表1為中試期間的海水水質的部分分析指標，此海水經(jīng)殺菌、混凝、沉淀后，作為超濾系統(tǒng)的進水。

超濾系統(tǒng)運行參數(shù)的選擇，主要參考表1中海水水質的部分分析指標和中試試驗結果。按照設計要求，超濾主體構架安裝在海水淡化車間二樓，一樓為海水反滲透系統(tǒng)、混床和各種工藝泵房。其中超濾系統(tǒng)的進水采用母管制，每期超濾分為A、B兩組，每組在運行、反洗、化學加強反洗（CEB）方式是相互獨立的。按照設計產(chǎn)水量要求，超濾一期和二期共使用208支超濾膜元件。

表1 海水水質

1.1 超濾運行工藝

XIGA膜超濾系統(tǒng)采用全流過濾模式，其運行工藝邏輯步序主要包括：過濾、反洗、化學加強反洗三個過程，超濾系統(tǒng)的運行方式采用全自動，其運行中采用的工藝泵也都是變頻設計，降低運行人員操作和維護工作量的同時，也對超濾的穩(wěn)定、連續(xù)運行起到保護作用。

超濾系統(tǒng)的運行工藝邏輯步序見圖1。

圖1 三個主要流程組成的運行邏輯步序

從表1海水水質表中可以看出，海水中鈣和鎂離子含量較高，同時海水里面的微生物尤其藻類生長和繁殖能力很強，這樣超濾膜表面容易形成兩類污染：鹽類結垢和生物有機污染。XIGA超濾運行工藝中，快捷有效的化學加強反洗過程能夠及時有效地去除這兩類膜污染，并能基本恢復超濾產(chǎn)水量至設計值。

化學加強反洗使用變頻反洗泵，由加藥泵注入的濃度為31%的HCl或濃度為10%的NaOCl，進入裝有超濾膜元件的壓力容器中，此時加藥的反洗流量為普通反洗流量的一半，以保證有效加藥濃度及定量控制加藥量；注入裝有超濾膜元件的壓力容器的化學藥劑達到要求濃度，即HCl達到pH=2或NaOCl達到200mg/L后進行浸泡，浸泡時間為600 s。在浸泡期間，化學藥劑將普通水力反洗不能去除的污染物自膜元件表面和膜絲過濾孔中溶解與剝離。浸泡完成后，通過再次反洗將藥液與溶解、剝離的污染物沖出超濾裝置，超濾膜元件性能再次恢復到正常水平。整個化學加強反洗過程的操作控制方式，是通過運行控制室的上位機進行全自動控制。

1.2 超濾（UF）和預處理工藝流程

經(jīng)海水升壓泵提升的海水，先進行殺菌、混凝、沉淀至集水池，然后進入超濾系統(tǒng)。

圖2為超濾和預處理系統(tǒng)工藝流程。

圖2 超濾和預處理工藝流程

1.3 超濾（UF）主體構架

一期超濾于2006年11月完成安裝調試和試運行后，開始正式運行。二期超濾在設計初期，結合一期超濾因膜組主體框架結構設計存在不足而引起的布水不均現(xiàn)象，對二期超濾的膜組主體框架結構進行改進，避免一期超濾的主體框架結構存在設計不足的問題。二期超濾于2008年1月完成安裝調試和試運行后，開始正式運行。一期和二期的超濾主體構架設計的差異見表2。一期和二期的超濾設備外形對比見圖3，壓力容器進水接口對比見圖4。

表2 一期和二期的超濾主體框架結構設計對比表

2 超濾的系統(tǒng)運行狀況分析

2.1 混凝沉淀之聚合氯化鋁（PAC）加藥量的影響

圖3 一期和二期超濾的外形對比

圖4 一期與二期的超濾膜壓力容器進水口結構對比

海水的混凝沉淀處理采用平流式反應沉淀池，其池體內部沒有設計任何機械動力設備，這樣直接避免了因海水而引起的腐蝕問題。聚合氯化鋁的加藥量依據(jù)海水潮汐、過往船只以及風、雨、雪天氣引起的海水濁度的變化而變化，也根據(jù)平流式反應沉淀池的進水流量的變化而變化，加藥量過多和過少均會引起平流式反應沉淀池出水濁度增加，從而引起超濾（UF）跨膜壓差快速升高，因此最終確定聚合氯化鋁加藥量在3.5～4.3 mg/L，出水濁度≤2.0 NTU，保證超濾的進水水質標準要求。

2.2 超濾主體構架不同對超濾運行的影響

超濾設備管道布置方式和壓力容器進水口的布局與設置對超濾系統(tǒng)的運行有著直接的影響。一期超濾膜組的管道走向以及主體構架設計導致虹吸現(xiàn)象嚴重，易在膜設備管路中吸入空氣，致膜元件斷絲率較高，產(chǎn)水水質下降，直接影響后續(xù)海水反滲透系統(tǒng)的正常運行。二期超濾因改變管道走向與主體構架設計，自調試、運行至今，沒有發(fā)生因膜元件斷絲而造成產(chǎn)水水質超過海水反滲透進水標準要求的現(xiàn)象。一期與二期的超濾運行參數(shù)見表3。

表3 一期和二期的超濾運行參數(shù)

由于一期超濾的膜壓力容器兩端進水、反洗排放側各只有一個進、出水口，造成進水水流與反洗水流，特別是反洗水流進入壓力容器后分布不均，膜元件端面接近壓力容器頂部的部分存在死角，污染物不易被沖出膜絲，造成實際膜過濾面積下降，運行周期內超濾跨膜壓差升高較快。而二期的超濾膜壓力容器兩端進水/反洗排放側各有三個進、出水口，水流分布均勻。在解決了上述問題之后，超濾運行周期內其跨膜壓差明顯降低。在超濾跨膜壓差升高后，化學加強反洗CEB-NaOCl與CEB-HCl能夠有效地降低跨膜壓差，保證超濾穩(wěn)定運行。化學加強反洗前后一期超濾-A和二期超濾-A的跨膜壓差和進水流量見表4。

表4 化學加強反洗前后一期超濾和二期超濾的跨膜壓差和進水流量

2.3 超濾產(chǎn)水水質

一期超濾調試、試運、運行初期，在海水反滲透進水管取樣檢測的SDI（15）大多是≥3.00，偶爾甚至≥5.00，這樣導致海水反滲透的保安過濾器很快被污堵，至其壓差≥1.00 bar，從而縮短了海水反滲透的運行周期。但是從一期超濾的產(chǎn)水管取樣口直接檢測的超濾產(chǎn)水SDI（15）通常都是≤3.00，通過分析判斷，認為是超濾的產(chǎn)水進入內壁噴涂環(huán)氧漆的碳鋼材質超濾產(chǎn)水箱后，受到不同程度的污染，即這些污染物混入了超濾產(chǎn)水中一同進入海水反滲透的保安過濾器。經(jīng)過對超濾產(chǎn)水箱內部檢查，發(fā)現(xiàn)超濾產(chǎn)水箱內壁噴涂的環(huán)氧漆面已被海水嚴重腐蝕而剝離，尤其是超濾產(chǎn)水箱整個底部銹跡斑斑，這樣被海水腐蝕而剝離的油漆和鐵銹一并混入超濾產(chǎn)水后使海水反滲透的進水水質達不到標準要求，之后改變了超濾產(chǎn)水箱內部的防腐工藝，采用工藝為5油3布玻璃鋼防腐層后上述問題得到解決。

一期超濾與二期超濾的產(chǎn)水水質在沒有膜元件斷絲的情況下非常穩(wěn)定，超濾產(chǎn)水管取樣口取樣檢測產(chǎn)水濁度一般≤0.10NTU，SDI （15）≤3.00，超濾產(chǎn)水箱內部防腐問題徹底解決后，在海水反滲透進水管取樣檢測的SDI（15）≤3.00。但是，一期超濾曾因設計的管道走向和主體構架不合理，導致超濾的完整性檢測不合格即膜元件斷絲率較高，以致超濾產(chǎn)水水質達不到海水反滲透進水水質標準要求，影響了海水反滲透的安全、經(jīng)濟運行。

在一期超濾的膜元件中出現(xiàn)極少量斷絲后，先用壓縮空氣檢測出單支膜元件上的斷裂膜絲，再使用專用膜針堵塞該斷裂膜絲的兩端，將其隔離。由于一支膜元件內裝有11 000多根膜絲，極少量的斷裂膜絲堵塞后，提高了該膜元件的產(chǎn)水水質質量，不會對單支膜元件的產(chǎn)水量產(chǎn)生影響。

2.4 超濾系統(tǒng)停機期間維護

停機期間維護的目的是防止一般微生物的滋生與繁殖。超濾系統(tǒng)停運后，用超濾的產(chǎn)水分別做化學加強反洗CEB-HCl與CEB-NaClO各一次；如果超濾系統(tǒng)停機時間在7日以內，每日用除鹽水沖洗各10min；如果超濾系統(tǒng)停機時間在8～30日之間，則使用超濾化學清洗系統(tǒng)向超濾系統(tǒng)的壓力容器內注入濃度為1.0%的亞硫酸氫鈉的保護液進行保護。

2.5 海水反滲透運行情況

超濾穩(wěn)定的出水水質延長了海水反滲透的化學清洗周期。海水反滲透進水壓力范圍一般在47.0～63.0 bar之間，濃水壓力范圍一般在46.0～62.0 bar，所生產(chǎn)的淡水量范圍一般85～145 m3/h，其循環(huán)化學清洗周期一般為3～5個月。總之，海水反滲透的各種運行工況基本符合設計標準要求。

3 結語

華電青島發(fā)電有限公司的雙膜法海水淡化工藝系統(tǒng)處理海水，自2006年11月開始調試至今的安全、穩(wěn)定、連續(xù)運行，與對預處理系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)的科學選型與合理設計是密不可分的。超濾系統(tǒng)不僅滿足了海水反滲透高質高量的設計進水要求標準，而且其運行成本低廉，檢修維護簡便。超濾設備構架的合理設計可以有效防止虹吸、布水不均、氣水混合現(xiàn)象，有效地降低膜元件的斷絲率，從而使超濾系統(tǒng)的穩(wěn)定運行保持連續(xù)性，并進一步保證后續(xù)海水反滲透運行地安全、穩(wěn)定、連續(xù)性。