電廠化學水處理制水設(shè)備問題的分析與處置

張龍娜(國家能源集團費縣發(fā)電有限公司，山東 臨沂 276000)

0 引言

長期的實踐經(jīng)驗使人們認識到，水是發(fā)電廠熱力循環(huán)系統(tǒng)中最重要的介質(zhì)，直接關(guān)系著電廠運行的安全性，自然水中存在的某些物質(zhì)會生成有害的成分，造成腐蝕或結(jié)垢，對設(shè)備造成不同程度的損害，因此自然水必須通過處理后才可以被電廠所利用，火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)中水汽品質(zhì)的好壞，直接影響到發(fā)電廠(鍋爐、汽輪機等)的安全經(jīng)濟運行。

1 電廠用水簡述

1.1 電廠用水的水質(zhì)簡述

目前，電廠用水的水源主要包括地表水和地下水及中水。

地表水主要是指江河水、湖泊及水庫水和海水這些流動或靜止在陸地表面的水。江河水含鹽量在50～500 mg/L，硬度在1.0～8.0 mmol/L，含鹽量及硬度較低；湖泊及水庫水含藻類較多，當含有較多氮與磷時，就會使湖水富營養(yǎng)化，又由于水的不斷蒸發(fā)，故含鹽量往往比江河水高。這兩種可作為電廠用水的水源。海水由于常年的蒸發(fā)濃縮作用，含鹽量高，必須經(jīng)過淡化處理才能應用，未經(jīng)過淡化處理的海水主要用來冷卻換熱設(shè)備。

地下水是指存在于地球表面以下土壤和巖層中的水成為地下水。地下水是由雨水和地表水經(jīng)過地層的滲流而形成的。水在地層滲透過程中，通過土壤和沙礫的過濾作用，懸浮物和膠體已基本或大部分去除，所以地下水濁度普遍較低，且含鹽量高，硬度較大。地下水受外界影響小，水質(zhì)比較穩(wěn)定，是電廠用水的主要水源之一。

隨著水資源的日益緊張，中水也正逐漸成為電廠用水的一種水源，但中水中細菌、大腸桿菌、余氯、懸浮物多，生物需氧量、化學耗氧量高，還含有色度、濁度、嗅味等，所以中水回用必須要滿足衛(wèi)生要求，pH、濁度、溶解性物質(zhì)、蒸發(fā)殘渣等指標滿足要求，保證水質(zhì)不會引起設(shè)備管道的嚴重腐蝕和結(jié)垢[1]。

1.2 天然水中的雜質(zhì)成分

天然水中主要有懸浮物、膠體、溶解物質(zhì)、有機物、微生物等。水處理實踐表明，只要雜質(zhì)尺寸處在同一范圍內(nèi)，無論是何種雜質(zhì)，其去除方法基本相同。

我廠目前主要水源為水庫水，地下水為備用水源，我廠用水水質(zhì)特點：含鹽量較低、懸浮物含量大等。據(jù)此我廠設(shè)置了機械加速澄清池、重力式空氣擦洗濾池、超濾裝置、活性炭過濾器等預處理設(shè)備；設(shè)置一級反滲透四套(每套出力Q=125 m3/h)，總出力為500 t/h；設(shè)置兩套現(xiàn)出力為190 t/h的一級除鹽設(shè)備和兩臺混床；設(shè)置二級反滲透兩套(每套出力Q=115 m3/h)；設(shè)置EDI裝置兩套(每套出力Q=100 m3/h)。

2 電廠用水的預處理

2.1 機械加速澄清池

2.1.1 工作原理

機械加速澄清池是利用混凝的原理，目的是除去水中懸浮物、有機物和膠體。利用混凝劑水解形成帶正電荷的膠體，與水中帶負電荷的膠體雜質(zhì)發(fā)生電中和作用，使膠體脫穩(wěn)，從而使水中有機物和膠體聚集成網(wǎng)狀顆粒(礬花或絮團)，網(wǎng)捕懸浮物，加速沉降。此過程利用了(1)中和作用；(2)吸附架橋作用；(3)網(wǎng)捕或卷掃作用，分為兩個階段，第一階段是膠體脫穩(wěn)，第二階段是絮凝。

機械加速澄清池工作原理是加藥后的原水由進水管進入三角環(huán)形槽，從槽孔流入第一反應室內(nèi)，原水和反應室內(nèi)的泥渣通過攪拌葉輪漿板進行混合；第一反應室中存在著大量的活性泥渣，在此區(qū)域內(nèi)顆粒間的碰撞和粘附頻繁，膠體很快脫穩(wěn)生成微小礬花，經(jīng)由葉輪的提升，原水和泥渣混合物進入第二反應室。在第二反應室內(nèi)，微絮粒在泥渣絮凝和過濾雙重作用下進一步粘附，最后成長成大顆粒礬花，攜帶著大顆粒礬花的水進入清水分離區(qū)后，因流速的驟然降低，礬花在重力作用下克服上升水流的攜帶，向下沉降。清水上升到清水區(qū)，由上部集水支槽匯集后流入環(huán)形集水槽，流出池外。在分離區(qū)中，沉淀下來的泥渣一部分沉入泥渣濃縮室，壓縮沉降后，濃縮后的污泥由排泥裝置排出池外，另一部分泥渣則返回到第一反應室再次與原水混合，回流的泥渣量比較大，一般為進水量的3～5倍。所以，在澄清池中，總有一部分泥渣在循環(huán)流動，起加速澄清作用?；亓髁靠赏ㄟ^調(diào)流機構(gòu)控制。第二反應區(qū)在輻射方向設(shè)有幾個導流板，目的在于消除攪拌所產(chǎn)生的旋流運動，有利于分離區(qū)的工作。葉輪頂和第二反應室頂板間的距離成為開啟度，葉輪轉(zhuǎn)速一定時，開啟度的大小決定了回流量的大小[2]。

2.1.2 影響混凝效果的因素及控制措施

正常澄清池運行時清水區(qū)出水清澈見底，出水懸浮物能控制在10～20 mg/L，出水濁度在2 NTU以下。避免出現(xiàn)澄清池出水渾濁。通過控制以下幾個方面調(diào)整澄清池出水情況。

混凝劑加藥量。初次投運機械加速澄清池，PAC加藥量要增加到正常運行時兩倍，我廠進水濁度低，循環(huán)泥渣量形成較慢，可以通過添加活性泥加快泥渣的形成，但同時必須增大PAC加藥量。當?shù)诙磻?分鐘沉降比達到10%～15%時，不要再添加活性泥。正常運行時PAC配藥量按照1 m3計量箱每次加入1袋(25 kg)控制，機械加速澄清池PAC投加量按照4～4.5 mg/L控制，即1#、2#澄清池進水流量100 t時，PAC計量泵調(diào)整至65%，3#、4#澄清池進水流量120 t時，PAC計量泵調(diào)整至70%，流量變化較大時進行相應的調(diào)整。

水的pH值。根據(jù)添加的凝聚劑聚合氯化鋁，pH控制在6.5～7.5。

水溫。澄清池正常運行中，維持20 ℃左右，且溫度變化不能太大，每兩小時溫差控制在2 ℃以內(nèi)。

水力條件。機械加速澄清池正常運行時，攪拌器轉(zhuǎn)速一般控制在350～400轉(zhuǎn)/h為宜。轉(zhuǎn)速過低，泥渣攪拌不起來，不能與水中懸浮物膠體充分結(jié)合；轉(zhuǎn)速過高，會將反應池中形成的大顆粒礬花攪碎，混凝效果下降。正常運行過程中要保持進水量的穩(wěn)定，不要大幅度調(diào)整進水流量，否則負荷變化太大會造成澄清池出現(xiàn)翻池現(xiàn)象。

原水水質(zhì)。為控制微生物滋生，尤其是夏季，需在原水中添加次氯酸鈉殺菌劑，控制機械加速澄清池出水余氯在0.5×10-6～0.6×10-6。

接觸介質(zhì)。澄清池在第一反應室必須保證一定數(shù)量的活性泥渣，才能保證正常的混凝效果，正常運行時第二反應室5 min沉降比控制在15%～20%，過高或過低時可通過排泥處理。沉降比過低小于15%時，在第二反應室未形成泥渣層，就不能正常過濾剛進入池內(nèi)的懸浮物，此時應少排泥，側(cè)排周期可以放長到12 t排一次，排泥時間3 min，同時增大PAC加藥量，無需添加活性泥。沉降比過高時大于20%時，會導致第二反應室中泥渣多產(chǎn)生擁擠沉降，在分離區(qū)出現(xiàn)泥層上升的現(xiàn)象，產(chǎn)水濁度增大，此時就應當縮短排泥周期，側(cè)排4 h排一次，排泥時間3 min。底部排泥門可在側(cè)排頻繁也不能降低沉降比時，進行一次排放，排放時間30 s即可。

2.2 重力式空氣擦洗濾池

澄清池出水懸浮物含量無法達到后續(xù)離子除鹽進水水質(zhì)要求，還要通過一系列的過濾處理，重力式空氣擦洗濾池可以過濾澄清池中為混凝沉降的懸浮物膠體顆粒，降低水的濁度。運行中要注意及時反洗，通過水力剪切作用和空氣擦洗作用，將濾料上截留的污染物定期去除，提高過濾效果。同時要注意空擦池內(nèi)防腐材料合格，避免出現(xiàn)池壁腐蝕，防腐材料脫落，隨出水流出，增加后續(xù)處理的負擔。

2.3 超濾

2.3.1 超濾裝置簡介

超濾采用內(nèi)壓式膜，絲端過濾。系統(tǒng)在超濾前采用出水精度100 μm的以色列ARKAL 自清洗疊片過濾器，起到對超濾膜的預處理作用。

2.3.2 超濾系統(tǒng)存在問題

制水壓力大，超濾24 h不間斷運行，設(shè)備老化，超濾出水污染指數(shù)不達標，檢查發(fā)現(xiàn)超濾膜污堵和斷絲嚴重。后期水處理擴容更換一套超濾額定出力Q=150 m3/h，外壓式膜，錯流過濾方式，有效防止膜斷絲問題。

2.3.3 超濾裝置運行注意問題

控制運行參數(shù)。當超濾進出水壓差≥60 kPa，透膜壓差≥80 kPa，反洗壓力≥200 kPa時，將本套超濾停下來進行化學清洗。反洗流量控制在290～360 t/h。超濾正常運行時的維護。超濾運行時一般保證半小時反洗一次，過長時間運行而不反洗會加重超濾膜的污堵甚至斷絲，檢查超濾反洗流量正常，檢查超濾反洗加次氯酸鈉系統(tǒng)運行正常，超濾進水余氯控制在0.3×10-6。

定期對疊片過濾器進行清理。每日手動反洗疊片過濾器。當超濾摻水流量低，清洗超濾膜組件后仍無法達到標準流量時，考慮拆下過濾器進行清理或更換新的疊片。及時進行化學清洗。我廠污染物主要是有機物，一般通過堿洗進行，在清洗水箱中配制pH=12的氫氧化鈉溶液并加入6 000 mL 10%次氯酸鈉溶液，采用循環(huán)1 h，浸泡1 h的方式，循環(huán)三遍，沖洗至出水pH達到合格后投運。次氯酸鈉主要起到殺菌的作用，效果明顯。當堿洗效果不好時，采用酸洗的方式，向清洗水箱加入檸檬酸，配制濃度為2%的檸檬酸清洗液(pH=2)，循環(huán)方式同堿洗一樣。

定期進行清水箱清理和排污。運行人員對清水箱定期排污，檢修維護人員定期對清水箱進行清理，清除澄清池出水帶入的泥渣和池壁脫落的防腐材料。

2.4 活性炭過濾器

活性炭主要是通過吸附作用去除水中有機物、色度或嗅味物質(zhì)，通過還原作用去除水中余氯，通過過濾作用去除水中懸浮固體。活性炭具有發(fā)達的多孔結(jié)構(gòu)和特殊的表面化學性質(zhì)，因而具有很強的吸附能力?；钚蕴窟^濾器通過定期水反洗和空氣擦洗的方式反洗過濾器，去除截留污物，注意水反洗流量控制低于190 t/h，防止跑濾料。

3 一級反滲透系統(tǒng)

3.1 一級反滲透系統(tǒng)概述

根據(jù)目前電廠反滲透膜元件使用情況，擬選用陶氏的低壓抗污染膜，選用最新升級產(chǎn)品：BW30-400/34i-FR。為防止水中的大顆粒物進入反滲透膜，損壞反滲透膜，確保RO的正常運行，反滲透前設(shè)置保安過濾器，保安過濾器是立式柱狀設(shè)備，內(nèi)裝4支濾芯，過濾精度為5 μm。

3.2 一級反滲透進水要求

進水條件：SDI<3、濁度：小于 1mg/L。

SDI測試方法：測試前先沖洗，沖洗干凈后裝入SDI膜片。調(diào)整出水壓力到0.21 MPa，用500 mL燒杯接水并記錄接滿500 mL水所用時間(t0)，15 min后再用同樣的方法記錄接滿500 mL水所用時間(t1)。

3.3 一級反滲透運行中注意問題

3.3.1 防止膜氧化變質(zhì)

由于原水中添加了次氯酸鈉殺菌，次氯酸鈉具有氧化作用，進入反滲透膜中會造成膜氧化降解，造成鹽通量和水通量升高現(xiàn)象，此過程不可逆。通常，第一段比第二段的膜易氧化。所以在保安過濾器進水管設(shè)置還原劑加藥點，加入亞硫酸氫鈉，控制反滲透進水氧化還原電位小于200，余氯為0，防止反滲透膜的降解，造成反滲透出水水質(zhì)變差。

3.3.2 機械損傷

膜組件的機械損傷可能造成給水或濃水深入產(chǎn)品水中，引起脫鹽率下降、產(chǎn)品水流量升高。可通過測定單只膜出水電導指標檢查膜組件情況，當發(fā)現(xiàn)問題時及時進行檢修處理。機械損傷的形式主要有以下四種：(1)O形圈泄漏；(2)膜卷竄動；(3)膜破裂；(4)連接件損壞[3]。

3.3.3 污染

預處理效果不好的系統(tǒng)，膜容易發(fā)生污染，反滲透進水污染指數(shù)是表征預處理好壞的晴雨表。當水中污染物在膜組件的水流通道沉積后，水流阻力增加、產(chǎn)水量下降和壓降上升。污染物還會堵塞?？祝紶柨梢姸虝旱拿擕}率上升現(xiàn)象，之后在壓力推動下透過膜而進入淡水中，引起淡水質(zhì)量下降。

反滲透裝置的污染物主要有以下六種：(1)膠體；(2)金屬氧化物；(3)微生物；(4)有機物；(5)藥劑不兼容物，如阻垢劑與絮凝劑反應的膠狀物；(6)水垢。上述污染物中，水垢一般發(fā)生在最后一段的最后一根膜元件上，其他污染一般發(fā)生在第一段。

3.3.4 膜壓密

膜壓密一般是由壓力和溫度過高，水錘沖擊引起。膜壓密后，產(chǎn)水流量下降，解剖膜元件，有時可看到膜體嵌入透過水隔網(wǎng)之內(nèi)的現(xiàn)象。所以當反滲透污堵后，不能一味通過提高壓泵頻率的方式來提高產(chǎn)水量，容易造成反滲透膜的損壞，當達到以下條件時應進行化學清洗：(1)在運行條件不變的情況下產(chǎn)水量比初始值下降10%。(2)在運行條件不變的情況下，一段或二段的壓差比初始壓差(新膜壓差)上升15%～20%。(3)產(chǎn)水量不變的情況下脫鹽率比初始值下降20%。

4 結(jié)語

綜上所述，電廠化學水處理的設(shè)備穩(wěn)定運行依靠良好的預處理調(diào)整，針對原水中不同的雜質(zhì)設(shè)置各個過濾澄清設(shè)備，使原水中的濁度逐漸降低，并通過日常定期細致的維護，就能確保反滲透的長周期運行，降低火電廠運行成本，為機組提供清潔的高質(zhì)量除鹽水，有力保障機組的安全穩(wěn)定運行。