化水預(yù)處理系統(tǒng)PAC溫度影響控制分析

文_劉興旺 何勇 國(guó)家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司

在火力發(fā)電廠中，水是傳遞能量的工質(zhì),水質(zhì)是影響火力發(fā)電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素之一?；鹆Πl(fā)電廠通過(guò)采用水的混凝預(yù)處理、膜處理和離子交換等一系列水處理措施去除原水中的雜質(zhì)。原水的混凝效果好壞將直接決定后續(xù)水處理設(shè)備的運(yùn)行效果。PAC絮凝劑針對(duì)雜質(zhì)混凝處理以其投藥量少、無(wú)毒、價(jià)廉和處理效果好等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為電廠補(bǔ)給水預(yù)處理、工業(yè)廢水和長(zhǎng)江沿岸城市污水處理的主流混凝劑，被稱為第二代混凝劑。

泰州電廠地處長(zhǎng)江中下游沿岸，共4臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組。江水經(jīng)原水升壓泵增壓，在管式混合器加入PAC絮凝劑，再進(jìn)入露天式反應(yīng)沉淀池（300m3/h×4、 400m3/h×2）進(jìn)行混凝、澄清處理。出水通過(guò)空氣擦洗濾池過(guò)濾后，依次經(jīng)過(guò)板式換熱器、超濾（100m3/h×2、200m3/h×2、250m3/h×1）、反滲透（75m3/h×2、150m3/h×2、180m3/h×1）處理，最終通過(guò)一、二級(jí)樹(shù)脂除鹽制成合格的除鹽水。

本文針對(duì)近兩年泰州電廠冬季頻繁出現(xiàn)反應(yīng)沉淀池產(chǎn)水渾濁及預(yù)脫鹽設(shè)備壓差上升的現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)分析，并依此做出最佳的PAC加藥量調(diào)整。

1 化水預(yù)處理PAC加藥控制

泰州電廠通過(guò)招標(biāo)定期采購(gòu)比例10%的PAC原液，存貯在2個(gè)高位儲(chǔ)罐內(nèi)（25m3×1、30m3×1）。

PAC原液再進(jìn)入2個(gè)PAC計(jì)量箱與水混合稀釋， 1#、2#PAC計(jì)量箱互為備用。

PAC計(jì)量箱配藥方式：計(jì)量箱內(nèi)PAC藥液用至0.4m后聯(lián)鎖退出。先加藥液至0.75m，然后加水至1.05m，配置濃度為5%，10%PAC原液2倍稀釋，每次配藥一箱。

PAC計(jì)量泵加藥量控制：

1～4#反應(yīng)沉淀池（300m3/h×4）： 1～5#PAC計(jì)量泵（3#泵備用），濃度5%，計(jì)量泵出力326L/h，沖程30%，頻率35%。1～5#5PAC計(jì)量泵正常運(yùn)行出力：34.23L/h。

5～6#反應(yīng)沉淀池（400m3/h×2）： 6～8#PAC計(jì)量泵（#7泵備用），濃度5%，計(jì)量泵出力375L/h，沖程10%，頻率100%。6～8#PAC計(jì)量泵正常運(yùn)行出力：37.5L/h。

2 反應(yīng)沉淀池及預(yù)脫鹽設(shè)備異常情況

2.1 反應(yīng)沉淀池水質(zhì)渾濁現(xiàn)象

2020年11月上旬，1～6#反應(yīng)沉淀池產(chǎn)水區(qū)開(kāi)始間斷出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，產(chǎn)水濁度指標(biāo)波動(dòng)較大，且夜間現(xiàn)象更為嚴(yán)重。在排除可能出現(xiàn)的PAC計(jì)量泵出力異常及出口Y型過(guò)濾器、加藥管道污堵現(xiàn)象，及PAC計(jì)量箱內(nèi)部雜質(zhì)沉淀、PAC計(jì)量泵攪拌器異常等問(wèn)題后。因反應(yīng)沉淀池產(chǎn)水渾濁對(duì)后續(xù)制水設(shè)備影響較大，立即提高1～5#PAC計(jì)量泵沖程至35%，1～5#PAC計(jì)量泵運(yùn)行出力提高至39.93L/h；提高6～8#PAC計(jì)量泵沖程至11%，6～8#PAC計(jì)量泵運(yùn)行出力提高至41.25 L/h。監(jiān)視發(fā)現(xiàn)1～6#反應(yīng)沉淀池出水區(qū)水質(zhì)變清。產(chǎn)水濁度≤5NTU，滿足反應(yīng)沉淀池正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)水控制指標(biāo)。

2.2 3#超濾投運(yùn)時(shí)出現(xiàn)頻繁自動(dòng)跳步反洗現(xiàn)象

2020年11月中旬， 3#超濾投運(yùn)時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)頻繁自動(dòng)跳步反洗現(xiàn)象。20：30之前3#超濾正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)水流量在210m3/h左右，超濾進(jìn)水壓力在0.16MPa左右。20：30～20：58，3#超濾開(kāi)始反洗每隔4min反洗完進(jìn)口壓力上升至0.32MPa以上，然后瞬間下降至0MPa；同時(shí)超濾進(jìn)水流量每隔4min上升至250m3/h以上，然后瞬間下降至0m3/h。如此反復(fù)連續(xù)7次直至最后一次進(jìn)水壓力上升至0.2MPa才恢復(fù)正常。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析得出3#超濾反洗結(jié)束后投運(yùn)超濾進(jìn)水泵后，連續(xù)7次超濾進(jìn)水壓力超過(guò)0.28MPa，觸發(fā)超濾程序自動(dòng)跳步反洗，直至最后一次進(jìn)水壓力最高漲至0.2MPa后未超標(biāo)， 3#超濾正常投運(yùn)。后續(xù)又多次出現(xiàn)該現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)超濾進(jìn)水泵及超濾自清洗過(guò)濾器運(yùn)行正常，初步推斷超濾膜受到污染。膜污染主要分有機(jī)物污染和無(wú)機(jī)物污染，無(wú)機(jī)物污染多數(shù)是由混凝劑過(guò)量和碳鋼管道被腐蝕所致。如果超濾膜被有機(jī)物和無(wú)機(jī)物嚴(yán)重污染，則根據(jù)污染物的成分和特性等，采用一些特殊的清洗劑進(jìn)行清洗。因11上旬反應(yīng)沉淀池多次出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，懷疑#3超濾膜受到無(wú)機(jī)物污染，對(duì)3#超濾進(jìn)行酸洗、堿洗。再次投入后超濾程序頻繁自動(dòng)跳步反洗現(xiàn)象得到改善，但短周期內(nèi)又重復(fù)出現(xiàn)該現(xiàn)象。

2.3 3#反滲透出現(xiàn)進(jìn)水流量下降，一段壓差上升現(xiàn)象

2020年11月中旬3#反滲透一段壓差由0.21MPa持續(xù)上漲至0.33MPa。反滲透進(jìn)水流量由185m3/h緩慢下降至165m3/h。因超濾膜能為反滲透提供良好的預(yù)處理作用，保障后處理設(shè)備反滲透的安全運(yùn)行。而近期超濾進(jìn)水壓力過(guò)大頻繁反洗，可能會(huì)導(dǎo)致反滲透進(jìn)水水質(zhì)受到影響造成一定程度惡化。反滲透進(jìn)水中雜質(zhì)增多對(duì)反滲透膜元件產(chǎn)生污染和侵蝕，反滲透膜表面的流道出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，水質(zhì)得不到有效的保證。故將3#反滲透一、二段膜拆卸。并各取一段膜交予上海陶氏化學(xué)公司檢測(cè)。

根據(jù)陶氏化學(xué)的膜元件檢測(cè)報(bào)告分析：F4818041膜進(jìn)水?dāng)嗝嬗写罅亢谏w粒物質(zhì)粘附，含有少量的有機(jī)污染物和硅酸鋁等難溶鹽。因反滲透在線清洗受到運(yùn)行設(shè)備條件的制約，反滲透沖洗不能有效去除膜進(jìn)水測(cè)雜質(zhì)，清洗效果不夠徹底。而化學(xué)酸性清洗可有效的用于去除反滲透膜上沉積的無(wú)機(jī)鹽垢，且清洗效果比較好。故11月17日開(kāi)始對(duì)3#反滲透進(jìn)行化學(xué)酸性清洗。化學(xué)清洗前距上次化學(xué)清洗制水55.4萬(wàn)t，清洗前一段壓差為0.290MPa，進(jìn)水流量168m3/h，清洗后一段壓差0.248MPa，進(jìn)水流量180m3/h；11月22日第二次化學(xué)酸性清洗，距上次化學(xué)清洗制水1.5萬(wàn)t，清洗前一段壓差0.370MPa，進(jìn)水流量166m3/h，清洗后一段壓差0.253MPa，進(jìn)水流量178m3/h。此后多次化學(xué)清洗，化學(xué)清洗效果顯著，但短周期內(nèi)一次壓差再次上漲。

3 反應(yīng)沉淀池及超濾進(jìn)水取樣試驗(yàn)分析

進(jìn)入冬季降溫后出現(xiàn)以上現(xiàn)象，且在板式換熱器（產(chǎn)水保持25℃）投運(yùn)后，現(xiàn)象更為頻繁。在排除超濾、反滲透本體及管道、水箱等存在影響的異常因素后，考慮到冬季的低溫環(huán)境造成PAC反應(yīng)不充分的可能，決定對(duì)江水及超濾進(jìn)水取樣來(lái)進(jìn)行混凝燒杯試驗(yàn)測(cè)試溫度因素的影響。

3.1 試驗(yàn)1（江水取樣進(jìn)行混凝燒杯試驗(yàn)測(cè)試溫度的影響）

①取5個(gè)500mL燒杯分別放入400mL江水，編號(hào)1～5。②調(diào)整江水pH值為7，投加等量PAC溶液，攪拌均勻。③1～5號(hào)燒杯分別放在恒溫振蕩器中，溫度分別控制為0℃、5℃、15℃、25℃、30℃。④關(guān)閉恒溫振蕩器，取出燒杯靜置30min，用50mL注射針筒抽取上清液用濁度儀測(cè)其濁度。

溫度對(duì)PAC處理效果影響見(jiàn)表1。

表1 不同溫度下PAC混凝出水濁度

由表1和圖1分析可知：不同溫度對(duì)聚合氯化鋁PAC作為混凝劑的影響較大。溫度較高或較低均對(duì)混凝有顯著的影響。水溫低時(shí)，混凝劑水解困難。有研究顯示，溫度的影響是復(fù)雜的，低溫可能造成水的粘度上升，阻礙混凝劑的擴(kuò)散和絮體沉降；可以影響水解動(dòng)力學(xué)平衡，影響金屬氫氧化物的形成；同時(shí)可以降低水的離子積常數(shù)，從而降低水中氫氧根的濃度。此外，低溫可能造成形成的絮體密實(shí)度較低、絮體較小，導(dǎo)致分離效果差。同時(shí)說(shuō)明冬天混凝劑的用量要比夏天多的原因。但是溫度也不是越高越好，15～25℃時(shí)混凝的效果最好。

圖1 溫度對(duì)混凝的影響曲線

3.2 試驗(yàn)2（超濾進(jìn)水取樣進(jìn)行混凝燒杯試驗(yàn)測(cè)試溫度的影響）

①取2個(gè)500mL燒杯分別放入400mL超濾進(jìn)水，分別編號(hào)1、2。②調(diào)整超濾進(jìn)水pH為最佳值7，攪拌均勻。③1、2號(hào)燒杯分別放在恒溫振蕩器中，溫度分別控制為0℃、25℃。④關(guān)閉恒溫振蕩器，取出燒杯靜置30min。

結(jié)果分析：觀察燒杯1中水質(zhì)無(wú)明顯變化，燒杯2出現(xiàn)明顯分層，下部出現(xiàn)顆粒物絮凝沉淀。推測(cè)出超濾進(jìn)水中殘余少量聚合氯化鋁PAC。板式換熱器投運(yùn)后，超濾進(jìn)水溫度在25℃左右時(shí)發(fā)生二次絮凝。使得超濾進(jìn)水中的膠顆粒直接變大，較大的顆粒在超濾膜進(jìn)水側(cè)被攔截，導(dǎo)致超濾進(jìn)口壓力增大。同時(shí)通過(guò)超濾膜在反滲透一段膜進(jìn)水側(cè)周期縮短。堆積膠體顆粒變多，致使反滲透產(chǎn)水量降低、反洗周期縮短。

3.3 試驗(yàn)推論

通過(guò)幾次試驗(yàn)現(xiàn)象推論：泰州電廠反應(yīng)沉淀池為露天式，平時(shí)反應(yīng)沉淀池進(jìn)水未經(jīng)加熱器恒溫調(diào)節(jié)。11月份因環(huán)境溫度降低，PAC在低溫原水中活性降低，絮凝反應(yīng)不完全，導(dǎo)致產(chǎn)水變渾濁。提高PAC計(jì)量泵沖程增加PAC加藥量后，雖然反應(yīng)沉淀池水質(zhì)恢復(fù)正常。但產(chǎn)水中殘余未完全反應(yīng)的PAC。11月中旬板式換熱器投運(yùn)（超濾及反滲透膜產(chǎn)水通量與溫度成正比，反滲透設(shè)備進(jìn)水溫度應(yīng)維持在最佳設(shè)計(jì)水溫20～25℃，故冬季會(huì)投運(yùn)板式換熱器來(lái)維持超濾、反滲透的產(chǎn)水量），換熱器產(chǎn)水管中殘余的PAC在25℃左右時(shí)發(fā)生二次絮凝。更多絮凝體堵在超濾膜及反滲透進(jìn)水側(cè)，導(dǎo)致超濾進(jìn)水側(cè)壓力變大，反滲透一段壓差變大。造成了超濾投運(yùn)時(shí)頻繁自動(dòng)跳步反洗及反滲透制水量降低現(xiàn)象。

4 化水預(yù)處理PAC加藥調(diào)整及優(yōu)化建議

鑒于PAC加藥量過(guò)少會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)沉淀池產(chǎn)水渾濁，PAC加藥量過(guò)多產(chǎn)水中殘余的PAC藥劑過(guò)量又會(huì)導(dǎo)致二次絮凝現(xiàn)象。決定在適量提高反應(yīng)沉淀池PAC加藥量的同時(shí)，稀釋PAC藥液濃度：將1～5#PAC計(jì)量泵沖程由30%提高至35%；6～8#PAC計(jì)量泵沖程由10%提高至11%；PAC藥液濃度由5%降至3.9%；并加大3#超濾反洗頻率。調(diào)整后觀察發(fā)現(xiàn)反應(yīng)沉淀池渾濁、3#超濾投運(yùn)時(shí)頻繁自動(dòng)跳步反洗現(xiàn)象逐步減少，3#反滲透一段壓差上升速度也大大降低。超濾、反滲透本體進(jìn)水側(cè)絮凝雜質(zhì)也大大減少。

根據(jù)環(huán)境溫度更改PAC加藥控制的同時(shí)，也可優(yōu)化反應(yīng)沉淀池等設(shè)備來(lái)減少溫降對(duì)PAC活性的影響：①反應(yīng)沉淀池地面上的管道增加保溫層；反應(yīng)沉淀池上部增加密封性較好的封頂。這樣冬季避免反應(yīng)沉淀池水溫下降過(guò)多；夏季也避免光照造成反應(yīng)沉淀池絮凝區(qū)藻類、微生物滋養(yǎng)的現(xiàn)象。在減輕PAC澄清負(fù)擔(dān)的同時(shí)，也減少了反滲透的污染（在反滲透的諸多污染中，微生物污染是最嚴(yán)重的）。②泰州電廠江水由循環(huán)水管分別去化水預(yù)處理和凝汽器冷卻。凝汽器冷卻水回水（平均溫度20℃）經(jīng)虹吸井排長(zhǎng)江。將預(yù)處理來(lái)水由江水改為虹吸井排水，可避免溫降對(duì)PAC活性的影響，確保制水設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

采用PAC作為混凝劑處理長(zhǎng)江水時(shí)，加藥量的控制需考慮到環(huán)境溫度對(duì)藥劑反應(yīng)速度的影響。低溫會(huì)降低PAC的活性，故需適量提高PAC的加藥量來(lái)預(yù)防反應(yīng)沉淀池的水質(zhì)受到影響。

反應(yīng)沉淀池出水殘余的PAC在板式換熱器投運(yùn)后會(huì)二次絮凝直接影響超濾、反滲透運(yùn)行工況。通過(guò)對(duì)超濾膜壓差、反滲透產(chǎn)水量變化趨勢(shì)分析，來(lái)確認(rèn)反應(yīng)沉淀池產(chǎn)水中是否有殘余PAC，并依此優(yōu)化調(diào)節(jié)PAC的加藥量及加藥濃度。