某電廠EDI裝置產(chǎn)水流量下降原因分析及處理

伏文，周洋，劉松松，呂馥丞

(1.山東環(huán)發(fā)瑞清環(huán)境有限公司，山東 濟(jì)南 250100；2.華電電力科學(xué)研究院有限公司山東分院，山東 濟(jì)南 250002；3.華電淄博熱電有限公司，山東 淄博 255054；4.華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島 266031)

0 引言

離子交換除鹽是傳統(tǒng)的鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟、工程經(jīng)驗(yàn)最為豐富的工藝。隨著《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》開(kāi)始實(shí)施，作為用水大戶(hù)的發(fā)電企業(yè)，離子交換除鹽工藝的弊端與當(dāng)今社會(huì)日新月異的技術(shù)進(jìn)步相悖。填充床電滲析器(EDI)是一種在電滲析器淡室及隔板中裝填陰、陽(yáng)樹(shù)脂的新型處理裝置，取代了傳統(tǒng)離子交換除鹽工藝，是生產(chǎn)高純水的無(wú)污染水處理新工藝。EDI巧妙的將電滲析和離子交換技術(shù)相結(jié)合，利用兩端電極高壓使水中帶電離子移動(dòng)，并配合離子交換樹(shù)脂及選擇性樹(shù)脂膜以加速離子移動(dòng)去除，從而達(dá)到水純化的目的[1-3]；同時(shí)EDI還可以使失效的樹(shù)脂得到同步的再生，從而連續(xù)得到高品質(zhì)的除鹽水。然而，隨著EDI裝置的運(yùn)行，也會(huì)出現(xiàn)出水水質(zhì)惡化，產(chǎn)水流量下降等問(wèn)題[4-8]。

本文以某電廠鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的EDI裝置為例，針對(duì)該EDI裝置產(chǎn)水流量下降問(wèn)題進(jìn)行分析，找出原因并采取針對(duì)性措施，使EDI裝置產(chǎn)水流量恢復(fù)到正常值。

1 設(shè)備概況

某公司鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)由超濾(UF)、反滲透(二級(jí)RO)和電除鹽(EDI)系統(tǒng)組成，除鹽水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)額定出力4×96 m3/h(20 ℃，以EDI出力計(jì))，最大出力4×115 m3/h。

鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)流程為：高密度沉淀池→空氣擦洗濾池→生水加熱器→自清洗過(guò)濾器→超濾裝置→一級(jí)反滲透裝置→二級(jí)反滲透裝置→EDI裝置→除鹽水。系統(tǒng)連接方式：超濾、EDI裝置采用母管制連接，一級(jí)、二級(jí)反滲透采用單元制連接。其中EDI裝置主要參數(shù)如表1所示。

表1 EDI主要參數(shù)

2 異常情況

EDI裝置運(yùn)行異常情況如表2所示。由表2可看出，8月7日00:28至8月7日15:53，當(dāng)EDI入口壓力由0.33 MPa提高至0.42 MPa，EDI產(chǎn)水流量也相應(yīng)由194 t/h提高至218 t/h；8月7日15:53至8月7日21:29，當(dāng)EDI入口壓力維持0.42 MPa不變，EDI產(chǎn)水流量明顯下降，由218 t/h下降至154 t/h；8月7日21:29至8月7日23:26，EDI入口壓力由0.42 MPa再次提高至0.50 MPa，EDI產(chǎn)水流量由154 t/h又相應(yīng)提高至218 t/h；8月7日23:26至8月8日07:00，EDI入口壓力維持0.50 MPa不變，EDI產(chǎn)水流量又出現(xiàn)明顯下降情況，由218 t/h下降至194 t/h。總體上看，在EDI給水泵入口壓力提高和維持不變情況下，EDI產(chǎn)水母管流量呈明顯下降趨勢(shì)。

表2 EDI產(chǎn)水流量情況

3 排查分析

3.1 二級(jí)反滲透入口前加堿情況

調(diào)取EDI運(yùn)行參數(shù)DCS曲線(xiàn)，對(duì)EDI入口pH值、電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如表3所示；EDI入口pH值、電導(dǎo)率采集數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，如圖1所示。在EDI入口pH都約為8.0時(shí)，電導(dǎo)率由9.12 μS/cm增加至17.6 μS/cm，電導(dǎo)率增加了近一倍，上升趨勢(shì)明顯。通常情況下二級(jí)反滲透入口加堿會(huì)影響EDI入口pH值和電導(dǎo)率，EDI入口同pH值下其電導(dǎo)率應(yīng)基本不變，分析此期間二級(jí)反滲透加堿帶來(lái)其他雜質(zhì)貢獻(xiàn)了增量的電導(dǎo)率。

圖1 EDI入口pH值、電導(dǎo)率變化趨勢(shì)

表3 EDI入口pH值、電導(dǎo)率數(shù)據(jù)

取樣二級(jí)反滲透入口所加堿液進(jìn)行化驗(yàn)分析，化驗(yàn)結(jié)果如下表4所示。對(duì)比GB/T 11199—2006 《高純氫氧化鈉》標(biāo)準(zhǔn)要求[9]，主要指標(biāo)NaOH含量遠(yuǎn)不足標(biāo)準(zhǔn)要求，雜質(zhì)NaCl遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求，雜質(zhì)Na2SO4略低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 二級(jí)反滲透入口所加堿液化驗(yàn)分析

分析二級(jí)反滲透入口所加堿液不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，從EDI入口pH值和電導(dǎo)率趨勢(shì)來(lái)看，已對(duì)二級(jí)反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率指標(biāo)產(chǎn)生一定影響，不排除所加堿液帶入的微量氧化性物質(zhì)，二級(jí)反滲透產(chǎn)水也含有一定氧化性物質(zhì)進(jìn)而進(jìn)入EDI裝置，氧化降解EDI樹(shù)脂的可能性，由此造成EDI裝置產(chǎn)水流量下降。同時(shí)，因加入不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的堿液，因NaOH含量低加堿量增加，雜質(zhì)NaCl帶入量也成倍增加，這些鹽類(lèi)物質(zhì)在電解的化學(xué)作用下，就會(huì)產(chǎn)生額外新的物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)直接堆積在EDI膜塊上，引起產(chǎn)水流量降低。

3.2 EDI入口水質(zhì)排查

EDI入口水質(zhì)排查如下表5所示。從表5可看出，部分時(shí)間段EDI入口pH值存在不合格。分析當(dāng)pH值較低時(shí)，其進(jìn)水含有一定量二氧化碳，同時(shí)會(huì)間接影響EDI的產(chǎn)水電導(dǎo)率和硅含量；此外，二級(jí)反滲透入口加堿量的變化易引起產(chǎn)水電導(dǎo)率波動(dòng)，并間接導(dǎo)致EDI入口電導(dǎo)率變化，進(jìn)而影響EDI產(chǎn)水電導(dǎo)率；再者，從表5還可看出，EDI入口存在微量氧化性物質(zhì)，其主要反應(yīng)在余氯含量不合格，此會(huì)氧化降解EDI樹(shù)脂，進(jìn)行影響EDI的產(chǎn)水電導(dǎo)率和產(chǎn)水流量。

表5 EDI入口水質(zhì)排查情況

3.3 EDI模塊拆卸檢查

對(duì)#3EDI裝置進(jìn)行模塊拆卸檢查：淡水室有離子交換樹(shù)脂填充在陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜之間，以形成淡水單元(圖2)；檢查淡水單元整體較為清潔，未見(jiàn)顆粒物和其他雜質(zhì)污堵情況。對(duì)淡水室進(jìn)水端樹(shù)脂(圖3)和出水端樹(shù)脂(圖4)進(jìn)行外觀檢查，進(jìn)水端樹(shù)脂顏色呈褐紅色，出水端樹(shù)脂顏色呈橘黃色；進(jìn)水端樹(shù)脂顏色明顯比出水端暗紅一些。在相鄰的淡水單元的陰離子和陽(yáng)離子交換膜之間添加樹(shù)脂，以形成濃縮室。濃縮室有明顯結(jié)垢，主要集中在出水側(cè)，濃縮室垢層底部的樹(shù)脂膜還有炭黑色電灼傷痕跡(圖5)。對(duì)濃縮室出水側(cè)的垢層進(jìn)行取樣，垢樣非疏松狀較為硬質(zhì)，底部局部垢層呈灰白色(圖6)，化驗(yàn)人員用一定濃度鹽酸對(duì)垢層進(jìn)行溶解，定性分析主要為碳酸鹽垢；進(jìn)一步對(duì)垢層進(jìn)行成分分析，主要為Ca、Mg垢成分(表6)。

圖2 淡水室

圖3 淡水室進(jìn)水端樹(shù)脂

圖4 淡水室出水端樹(shù)脂

圖5 濃縮室

圖6 濃縮室有結(jié)垢

表6 垢層成分分析

淡水室進(jìn)水端樹(shù)脂顏色呈褐紅色，出水端樹(shù)脂顏色呈橘黃色，進(jìn)水端樹(shù)脂顏色明顯比出水端暗紅一些，分析淡水室樹(shù)脂存在氧化的跡象。樹(shù)脂氧化的原因?yàn)檫\(yùn)行某時(shí)間段EDI進(jìn)水含氧化性物質(zhì)，EDI樹(shù)脂較反滲透膜受氧化性物質(zhì)影響更為脆弱。通常EDI樹(shù)脂受氧化性物質(zhì)氧化降解后，其樹(shù)脂機(jī)械強(qiáng)度下降，容易破損，破碎的樹(shù)脂產(chǎn)生的碎顆粒或粉末會(huì)堵塞樹(shù)脂間隙，增加了水流的阻力，使系統(tǒng)流量逐漸下降；EDI模塊長(zhǎng)期在大電流和低流量下運(yùn)行，會(huì)進(jìn)一步造成膜片和通道的結(jié)垢，并持續(xù)形成垢層，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)出現(xiàn)樹(shù)脂電灼傷痕跡。

4 處理情況

4.1 更換合格堿液

(1) 8月8日11:00，二級(jí)反滲透入口所加堿液更換為合格標(biāo)準(zhǔn)堿液后，投運(yùn)二級(jí)反滲透入口堿液加藥泵；

(2) 8月8日13:00，EDI入口電導(dǎo)率由20.0 μS/cm下降至12.3 μS/cm，pH值由7.4下降至7.2，EDI入口壓力由0.49 MPa下降至0.46 MPa，#1EDI產(chǎn)水流量由44 t/h上升至51 t/h，#4EDI產(chǎn)水流量由50 t/h上升至55 t/h；

(3)結(jié)合以上運(yùn)行參數(shù)分析，更換二級(jí)反滲透入口堿液為合格堿液后，EDI產(chǎn)水流量有緩慢上升趨勢(shì)。

4.2 更換#3EDI模塊

(1) 8月8日19:20，檢修人員對(duì)#3EDI裝置模塊進(jìn)行更換；

(2) 8月9日15:00，#3EDI模塊更換完畢，待設(shè)備調(diào)試正常后，新?lián)Q#3EDI裝置模塊投入運(yùn)行；

(3)在相同進(jìn)水壓力和流量情況下，新?lián)Q#3EDI裝置產(chǎn)水流量由EDI模塊更換前60 t/h提升至更換后96 t/h，EDI產(chǎn)水流量恢復(fù)正常。

5 建議及預(yù)防措施

(1)對(duì)一級(jí)反滲透(RO)進(jìn)水進(jìn)行余氯或氧化還原電位(ORP)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)余氯含量較高時(shí)投加適量還原劑亞硫酸氫鈉，控制進(jìn)水余氯含量；

(2)加強(qiáng)二級(jí)反滲透入口所加堿液的質(zhì)量驗(yàn)收工作，定期對(duì)EDI進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行排查分析，防止EDI裝置樹(shù)脂因氧化造成設(shè)備流量下降和電導(dǎo)率偏高情況；

(3)對(duì)二級(jí)反滲透入口加堿進(jìn)行精準(zhǔn)控制，加強(qiáng)EDI入口的pH值監(jiān)督，穩(wěn)定電導(dǎo)率指標(biāo)波動(dòng)；避免因加堿量不足pH值過(guò)低，造成EDI裝置產(chǎn)水電導(dǎo)率和硅含量偏高，加堿量過(guò)量導(dǎo)致EDI裝置產(chǎn)水電導(dǎo)率偏大。