望亭發電廠改建工程鍋爐補給水系統中的“超濾”設計及應用

王春 云文澤 胡怡

摘 要：詳細介紹了一種“超濾”系統工藝的設計及計算，該工藝具有產水品質高、產水水質穩定、運行操作簡便等特點，系統出水SDI﹤3、濁度﹤0.4 NTU、懸浮物﹤1 mg/L、產水回收率≥90%，滿足DL/Z 952—2005《火力發電廠超濾水處理裝置驗收導則》的要求，達到反滲透系統進水標準。

關鍵詞： 超濾 膜通量 化學加強反洗 化學清洗

中圖分類號：TN2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-00-02

隨著我國經濟的不斷發展，水資源越來越匱乏，超濾的應用也越來越廣泛，已逐漸成為一種發展趨勢。目前我國的發電廠以火力發電為主，而火力發電廠的鍋爐進水有著嚴格的指標，其傳統工藝往往很難達到要求，且運行成本高，隨著水資源的日益緊缺，火電廠鍋爐補給水系統中超濾工藝應運而生。望亭發電廠改建工程中鍋爐補給水系統即采用了超濾系統。根據設計要求，系統建成后要求出水水質滿足DL/Z 952—2005《火力發電廠超濾水處理裝置驗收導則》的要求，達到反滲透系統進水標準。

1 超濾原理

超濾膜技術是在壓差的推動力作用下進行的液相分離過程。即在一定的壓力作用下，當含有高分子溶質和低分子溶質的混合液流過膜表面時，溶劑和小于膜孔的低分子溶質透過膜，成為滲透液被收集，大于膜孔的高分子溶質則被膜截留而作為濃縮液被回收[1]。超濾膜的孔徑大約在0.001～0.1 μs范圍內（切割分子量（MWCO）約為1，000～500，000Dalton）。對于水中懸浮，固體、膠體、大分子物質、細菌有較高的去除率，對BOD和COD有部分的去除率。

2 廢水來源和進出水水質

2.1 廢水來源

望亭發電廠用水取自望虞河望亭立交樞紐上游的太湖水。

2.2 進水水質

原水水質濁度平均小于60 NTU，經混凝、沉淀、過濾后，濁度低于5NTU，原水電導率平均為750 μs/cm（25°C），總硬度（以（2Ca+/2+2Mg+/2）計）平均為3 mmol/L。

2.3 產水水質

產水水質滿足DL/Z 952—2005《火力發電廠超濾水處理裝置驗收導則》要求：

SDI≤3濁度﹤0.4NTU

懸浮物﹤1 mg/L回收率≥90%

3 設計參數和處理工藝流程

3.1 設計參數

總設計進水量：2003 m/h

超濾系統產水量：803 m/h×2（回收率≥90%），自動控制運行。

3.2 工藝流程

圖1 超濾系統流程圖

4 工藝計算

4.1 超濾計算（按單套計算）

本項目超濾膜選用德國membrana品牌Ultra-Flux61膜組件，單根膜面積61 m2。設計要求超濾系統單套凈產水量為80 m3/h，膜通量不大于65 L/（m2·h），則

膜數量=出水量/（單根膜面積×膜通量）=（80000÷90%）/（61×65）≈22.4（支）

故每套超濾裝置取23支膜組件。

反洗水泵流量的選擇：反洗通量為進水通量的2～3倍，取3倍，則反洗流量為：Q=膜數量×單根膜面積×膜通量=23×61×65×3=273.585 m3/h，取280 m3/h，揚程：0.3 mPa，電機功率為55 kW，過流材質：304 SS，配變頻電機，防護等級：IP54，F級絕緣，B級溫升考核，選用型號：IH200-150-315

4.2 加藥量計算

4.2.1 超濾反洗加藥

反洗加藥系統包括反洗加藥箱和加藥泵（計量泵），在超濾系統進行反洗時，反洗加藥一并進行（若原水進入超濾前已連續加氯殺菌，反洗可不必加藥）。

反洗所加藥劑為10%NaClO溶液，直接倒入加藥箱中，在管道中稀釋成3～5 ppm。設計反洗水量為產水量的3倍，Q反洗=3×80 m3/h =240 m3/h

需10%NaClO溶液量=240 m3/h×3 mg/L /10%=7.2 kg/h

則所需反洗加藥計量泵的流量為8 L/h

4.2.2 超濾化學加強反洗（CEB）

CEB系統包括酸洗（pH值=2的HCl）加藥箱和酸洗計量泵，以及堿洗（pH值=12的NaOH和50-100 ppm的NaClO）加藥箱和堿洗計量泵。

CEB水量計算

QCEB=120 L/（m2·h）×總膜面積m2

本工程每套23支Ultra-Flux61組件，則

QCEB=120 L/（m2·h）×61 m2×23=168.4 m3/h

酸洗計量泵計算

pH值=2酸洗水需加HCl量

=168.4m3/h×10-2 mol/L×36.5 g/ mol=61.5 kg/h

需加30%HCl溶液=61.5/30%=205 kg/h

則酸洗計量泵流量=205 L/h

堿洗計量泵計算（NaClO和NaOH計量泵合用）

NaOH原料為固體，在加藥箱中配成40%濃度，在管道中稀釋成pH值=12。

需NaOH量=168.4 m3/h×10-2 mol/L×40 g/mol= 67.4 kg/h

需加40%NaOH溶液=67.4/40%=168 kg/h

NaClO原料為10%的溶液，直接倒在加藥箱中，在管道中稀釋成50～100 ppm。

需NaClO量=168.4 m3/h×50 mg/L=8.4 kg/h，需加10%NaClO溶液=8.4/10%=84 kg/h

故需堿洗計量泵流量=168+84=252 L/h

4.2.3 超濾化學清洗

化學清洗水量根據組件支數而定。

每套23支Ultra-Flux61組件，則

Q化清=3.9 m3/h×23=90 m3/h。

清洗藥劑包括pH值=2的HCl以及pH值=12的NaOH和50～100 ppm的NaClO。

按一年進行兩次化學清洗，每次加藥30 min

則所需30%HCl溶液量=90 m3/h×10-2 mol/L×36.5 g/mol /30%=110 kg/h

每次清洗需HCl量=110 kg/h×0.5 h=55 kg/次

所需固體NaOH量=90 m3/h×10-2 mol/L×40 g/mol

=36 kg/h

每次清洗需NaOH量=36 kg/h×0.5 h=18 kg/次

所需10%NaClO溶液量=90 m3/h×100 mg/L/10%=90 kg/h

每次清洗需NaClO量=90 kg/h×0.5h=45 kg/次

4.3 疊片過濾器的設計（按單套計算）

疊片過濾器選用以色列ARKAL的產品，其回收率≥90%，按90%計算，則疊片過濾器進水流量：80 3m/h÷90%÷90%=98.77 m3/h≈100 m3/h

則疊片過濾器出力：100 m3/h；單元規格：3"增強尼龍；每臺過濾器單元數量：5個；過濾面積：4400 cm2；過濾精度：100 ?m；疊片材質：PP；進出水口徑：6"×6"；工作壓力：0.1～0.5 MPa；設備選型：ARKAL 3SK5IS

4.4 超濾進水泵的設計選型

超濾水泵進水流量取100 m3/h，揚程0.5 Mpa，電機功率為22 KW，過流材質：304 SS，配變頻電機，防護等級：IP55，F級絕緣，B級溫升考核，選用型號：IH100-65-200

5 運行效果

運行效果能滿足反滲透進水要求，根據近3年的運行抽樣數據看，該系統產水品質很好，運行穩定。

圖2 超濾系統產水SDI變化曲線

圖3 超濾系統跨膜壓差TMP變化曲線

圖2與圖3清晰地反應了污堵指數（SDI）與跨膜壓差（TMP）隨時間的變化。在跨膜壓差為25～40 kPa的情況下，其產水污堵指數基本在3以下。需要說明的是，系統運行與操作人員的素質也成正比，該套系統自運行以來，運行情況良好，基本4-6個月才化學清洗一次，可見超濾膜通量的取值是恰當的，超濾系統的設計是合理的。

6 結語

（1）超濾作為反滲透的預處理單元是合適的，超濾系統出水水質穩定，完全滿足RO進水SDI15<3的要求。（2）對于母管制進水，各超濾單元采用恒壓閥控制進水壓力的超濾系統很可能發生各單元水量分配不均的問題，建議采用母管設計加各單元進行流量控制的方式或一臺給水泵對一套超濾單元的設計，這樣可以避免各超濾單元之間的水量分配不均的問題。（3）實際運行過程中，部分工藝配置或進水水質變化可能會造成實際超濾產水回收率低于設計水平，因此超濾出力在設計基礎上應該適當增加一點余量，這樣才能保證超濾凈產水能夠滿足后續RO的進水量要求。

參考文獻

[1] 劉茉娥，蔡邦肖，陳益棠.膜技術在污水治理及回用中的應用[M].北京化學工業出版社，2004.