超濾在平海發電廠海水處理中的應用

翁梓懷

摘 要：介紹了超濾裝置在平海發電廠的實際應用情況，對超濾裝置在平海發電廠海水處理中出現的問題提出解決辦法。

關鍵詞：超濾裝置；海水；發電廠

1 概述

隨著水處理技術的不斷發展以及環境保護的要求越來越受到重視，水處理技術取得了一系列突破。以高分子分離膜為代表的膜分離技術作為一種新型的流體分離單元操作技術，近幾年來在我國電力系統得到了巨大的應用。

平海發電廠2×1000MW機組化學采用了海水循環水進水作為原水水源，選用了目前國內先進的水處理方式：斜板沉淀池→精度為100μm的全自動自清洗過濾器→超濾裝置→精度為5μm的濾芯過濾器→反滲透裝置的水處理方式。其中，超濾裝置是整個水處理過程中的關鍵，它的產水水質是否合格決定了反滲透裝置能否正常運行。

2 超濾膜過濾的特點

超濾是一種流體切向流動并以壓力驅動的膜過濾過程，按分子量大小來分離顆粒。超濾膜的孔徑大約在0.002至0.1μm范圍內。

超濾過程的分離機理主要有：（1）溶質在膜表面和微孔內的吸附；（2）粒徑略小于膜孔的溶質在微孔中的停留，引起堵塞；（3）粒徑大于膜孔的溶質在膜表面的機械截留，即篩分。其中篩分是超濾過程的主要分離機理。溶解物質和尺寸小于膜孔徑的物質將隨透過液透過膜濾，不能透過濾膜的物質被逐漸濃縮于排放液中。因此產水（透過液）中含有水、離子、和小分子的物質，而膠體物質、顆粒、細菌、病毒和原生動物將被膜去除。[1]

日本旭化成公司UNA-620A系列中空纖維超濾膜具有以下特點：

（1）高水通量：超濾裝置可以達到250m3/h·組的產水量；（2）使用壽命長：旭化成公司以專有的技術生產的中空纖維超濾膜機械強度高并且耐化學藥品腐蝕。在通常使用中，無需考慮化學藥品腐蝕或生物分解等產生的膜破裂，NaClO的短時耐受性可達1000mg/L；（3）分離效率高：由于膜的孔徑分布均勻，不管進水水質如何變動都可過濾出濁度小于0.01NTU的高品質水；（4）適用于高濁度進水：UNA系列膜組件具有獨特得除濁構造，采用空氣擦洗和反洗同時運行的維護系統（AS/RF），洗凈效果高，所以對于高濁度水質的原水無需前處理就可以直接進行處理。

3 超濾裝置運行流程

日本旭化成公司UNA-620A系列中空纖維超濾膜設計的運行參數如下：

（1）超濾裝置的進水濁度≤5NTU；COD≤5mg/L；余氯≤1mg/L；溫度≤40℃。

（2）超濾裝置的出水質量及回收率；水的回收率：≥88%；濁度0.2NTU（在進水濁度≤15NTU條件下）；SDI<3。

（3）空氣擦洗時反洗水量≤7.5m3/Hr，反洗上限壓力≤300kPa；空氣擦洗時的空氣量≤5Nm3/Hr，空氣上限壓力≤200kPa；反洗水中加入3～5mg/L濃度的NaClO。

（4）超濾裝置跨膜壓差>0.3MPa時進行維護性化學清洗。跨膜壓差=（進水壓力+濃水壓力）/2-產水壓力）

4 超濾裝置運行中出現的問題及解決辦法

經過長時間的運行觀察，現就我廠超濾裝置運行中出現的一些問題進行分析總結：

（1）必須做好超濾裝置的停運保護，否則容易造成系統內微生物滋長[2]。若短期停運（2至3天），應每天反洗+正洗兩次，防止細菌，微生物在膜表面繁殖而影響膜通量，若長期停運（7天以上），就要向裝置注入保護液并密閉，每隔30天更換一次保護液，尤其夏天要防止微生物、細菌在膜表面滋生。因此，最好保持超濾裝置每天運行至少1小時。

（2）超濾裝置長時間運行后，我們發現超濾反洗水流量逐步下降，拆開超濾反洗保安過濾器后在內部發現大量的白色沉淀物，造成過濾器堵塞。經分析，我們判斷此沉淀物為海水中鈣鎂離子在3～5mg/L的NaClO溶液下析出的沉淀。因此，我們調低反洗水中的NaClO濃度為2mg/L，這樣既達到了殺死并剝離膜表面附著的微生物的效果，又能防止鈣鎂沉淀的產生。

（3）超濾裝置管道為PVC塑料材質，稍一出現超壓，就會發生泄漏甚至破裂，且檢修不易消除。因此，我們在超濾裝置的底部進水母管上增加了承載元件，并嚴格控制超濾裝置的進口壓力<0.15Mpa，保證了超濾裝置的正常運行。

（4）海水中微生物滋長嚴重，尤其是在水溫高的夏季，因此，我們在夏季運行時加大了NaClO的投藥量，將超濾進水的余氯提高至1.2mg/L，保證殺菌效果；

（5）旭化成公司的設計參數中闡明超濾膜可以在跨膜壓差>0.30MPa時才進行維護性化學清洗，但在實際運行過程中，超濾膜的跨膜壓差上升至0.10MPa時，產水量就已經下降至100m3/h以下，超濾膜內污堵嚴重，需要進行維護性化學清洗，以恢復其性能。我廠采用的化學清洗方案大致如下：堿洗（堿洗液內加NaOH和300L的NaClO，堿洗過程中保持堿洗液溫度40℃，pH>12，每隔20分鐘超濾裝置用壓縮空氣擦洗30秒），置換（使用反滲透的產水對超濾裝置進行置換，直至水質顯中性），酸洗（酸洗液內加HCl，酸洗過程中保持酸洗液溫度40℃，pH<2，每隔20分鐘超濾裝置用壓縮空氣擦洗30秒），置換（使用反滲透的產水對超濾裝置進行置換，直至水質顯中性）。經過化學清洗后，超濾裝置的產水量能得到完全恢復，跨膜壓差由0.1Mpa降至0.02Mpa，效果明顯[3]。

（6）在長期的運行過程中，我們發現即使控制超濾裝置的進水濁度≤5NTU、COD≤5mg/L、余氯≤1mg/L，超濾裝置的化學清洗周期仍然比較短，約一個月就需要進行一次維護性化學清洗。經過分析，判斷這可能是因為海水的濁度較小，密度較大，而且斜板沉淀池里的水存在冷熱層對流，導致海水中的大分子有機物或者膠體顆粒有時無法在斜板沉淀池中有效地絮凝沉降下來，繼而進入超濾裝置，部分粒徑與超濾膜膜孔近似的大分子有機物膠體微粒或者膠體顆粒恰好卡在膜孔中，造成超濾膜過濾孔堵塞。因此，我們根據海水的水質積極地調整斜板沉淀池的聚合氯化鋁投藥量和活性淤泥排放量，超濾裝置的進水水質控制得比旭化成公司的設計值更為嚴格，嚴格控制超濾裝置的進水濁度≤2NTU，同時我們保持超濾裝置高強度的反洗操作，控制反洗水量和壓縮空氣擦洗量在高限位，盡可能地將卡在膜孔中的微粒沖洗出來。經過我們的精心調節，超濾裝置的化學清洗周期能達到兩個月，效果明顯。

5 結束語

在我們的精心維護下，盡管超濾裝置已經運行了五年的時間，但是超濾膜的水通量依然很高，而且產水濁度一直小于0.2NTU，對反滲透起到了很好的保護效果，大大降低了后續處理過程的投資的運行成本，延長了反滲透和離子交換系統的運行周期，提高了我廠水處理整體系統的運行穩定性、經濟性，切實做到了節能降耗。

參考文獻

[1]W.Ruppricht，Th.mullrick.Ultrafiltration-A Safe and Cost-effective Process for theProduction of Boiler Feedwater[J].VGB PowerTech 2004，84（9）：26-27.

[2]許振良.膜法水處理技術[M].北京：化學工業出版社，2001：1-10.

[3]劉瓊.超濾裝置的化學清洗[J].熱力發電，2007，8（24）：91-93.