預脫鹽系統出力異常下降原因分析及對策研究

劉德宏　王宗祥

摘 要：某公司鍋爐補給水系統采用了超濾+反滲透預脫鹽系統，投入運行后問題較多，其中預脫鹽系統處理出了異常下降最為特出，已危及機組的正常運行。為解決上述問題，成立了王宗祥工作室對存在問題進行分析，尋找解決措施，最終基本實現了預脫鹽系統的正常運行。文章對預脫鹽系統存在的問題、現象及對策進行闡述，并提出優化措施等。

關鍵詞：脫鹽；超濾；反滲透

前言

隨膜工業的發展，火力發電廠鍋爐補給系統采用超濾+反滲透+離子交換已成為常規設計，并在火電中得到廣泛運用。但由于原水水質，原水預處理方法、系統設計及運行方式的不同，經常會因膜的污染導致預脫鹽系統處理出了嚴重下降而危及機組正常運行。

某公司鍋爐補給水系統于2012年11月15日機組經過168試運后轉入正常生產運行。鍋爐補給水系統同期投入了正常運行，系統投運初期，處理能力達到設計處理出力。隨運行時間的延長，系統開始頻繁出現問題。為此，成立了技術小組，攻關解決了預脫鹽系統出了下降問題。

1 鍋爐補給水系統流程及主要設備概況

該公司鍋爐補給水處理系統水源來自江水，采用超濾+反滲透+離子交換除鹽工藝。水源通過一期循環水提升泵并加入聚合氯化鋁絮凝劑進入混凝澄清池進行澄清處理后進入工業消防水池作為三期工業用水水源。工業水經化學原水泵提升并加入殺菌劑后進入纖維過濾器處理后進入化學清水箱，作為預脫鹽系統水源。

清水通過超濾水泵升壓后進入超濾系統過濾處理，處理后的出水進入超濾產水箱。在超濾系統運行過程中，截留清水中少量的懸浮物、大分子有機物、膠體等，隨運行時間的延長，超濾膜跨膜壓差增加，利用超濾產水箱的產水對超濾膜反洗，反洗后超濾系統跨膜壓差下降，恢復過濾功能。為保證超濾系統的膜通量，還定期對超濾膜系統進行化學加強洗，對超濾進行殺菌、洗垢處理。

2 系統投運后狀況及異常現象

鍋爐補給水系統于2012年9月份經過調試，2012年11月15日經168試運行后投入正常運行，運行初期，超濾膜通量、反滲透膜通量及系統出力達到設計要求，超濾膜及反滲透膜系統跨膜壓差在膜產品設計范圍內。但是，隨運行時間的延長，到2013年3月中旬開始，系統處理出力急劇下降，開始出現如下問題：（1）保安過濾器壓差上升，頻繁更換反滲透濾芯。（2）反滲透段間壓差上升，反滲透系統出力下降。最惡化工況條件下，系統出力下降了60%左右。（3）反滲透系統脫鹽率下降到92%左右。（4）反滲透膜污堵，進水斷面上附著了很多污染物。

為解決預脫鹽系統存在的問題，技術人員從系統設計、加藥控制、表征現象、異常原因及解決方法等多方面分析，期望徹底解決系統出了下降的問題。

3 預脫鹽系統產水量下降的常見原因解析

3.1 原水預處理不合格

預脫鹽系統一般采用混凝沉淀處理，通過對原水的混凝處理，沉淀原水中的大顆粒的機械雜質、膠體、細菌及大分子有機物，如果混凝效果不好，膠體及細菌和大分子有機物會穿透系統，最終堵塞反滲透膜間隙中，導致預脫鹽系統處理出力下降。

3.2 超濾膜斷絲，出水SDI不合格

通常脫鹽系統采用超濾作為反滲透的預處理系統，超濾是一種與膜孔徑大小相關的篩分過程，以膜兩側的壓力差為驅動力，以超濾膜為過濾介質，在一定的壓力下，當原液流過膜表面時，超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側，成為濃縮液，因而實現對原液的凈化、分離和濃縮的目的。

3.3 水質對反滲透系統的影響

3.3.1 結垢

天然水體中含有低濃度的碳酸鈣、硫酸鈣、二氧化硅等成垢物質，在反滲透運行過程中，這些成垢物質濃縮可能超過其濃度積而析出，沉積在反滲透膜表面堵塞其通道，導致反滲透系統運行壓差上升、膜通量下降。

3.3.2 金屬氧化物沉積

水處理過程中加入的絮凝劑水解及管道系統腐蝕產物中含有氫氧化物膠體，這些膠體顆粒污堵在反滲透膜通道上，導致反滲透膜運行壓差上升，使反滲透系統的出力下降。

3.3.3 懸浮物顆粒的污染

反滲透系統一般前置保安過濾器，保安過濾器采用5微米的濾芯，用來截留腐蝕產物、過濾介質及投運初期的沖洗不徹底時，可能使反滲透膜元件收到污染。有時，因濾元破損或缺陷造成短路，導致懸浮物顆粒進入反滲透系統，使得反滲透膜元件通量下降。

3.3.4 微生物污染

水體中的微生物被反滲透膜表面截留時，膜所去除的鹽類離子被滯留在黏泥層中，不容易被水沖走，成為細菌的營養物質，助長了微生物的滋長，從而形成了生物污染層。同時，反滲透阻垢劑的加入也對微生物助長作用。

3.3.5 膠體污染

膠體粒徑比反滲透膜通道小，比反滲透膜孔徑大，能夠進入膜通道，且膠體帶有電荷，易被反滲透膜截留并粘附在反滲透膜表面，導致反滲透膜污堵，使運行壓差上升，產水率下降。

通常情況下，反滲透系統出現污堵，往往是上述多種因素造成的，可能某一因素占主要作用而已，當反滲透系統發生污堵時，應計算查明原因，并及時調整、維護使系統正常運行。

4 預脫鹽系統產生量下降原因分析

預脫鹽系統摻水量嚴重下降過程中，相關技術人員組對系統進行分析，根據相關表征現象，先后排除了系統設計、超濾短絲、膜表面結垢、有機物污染等方面因素導致反滲透系統污堵。

4.1 漏鋁對反滲透系統危害

4.1.1 反滲透污染物鋁離子來源

針對鋁離子異常，開展了對原水及超濾產水鋁離子含量進行分析，分析結果原水中含有的鋁離子含量極低，只有0.01～0.015ppm左右，超濾產水鋁離子的含量上升了10倍左右，達到0.12～0.14ppm。針對污染物鋁的來源做了進一步的檢測和分析，系統中鋁離子的來源有兩種：一是絮凝劑PAC（聚合氯化鋁）；二是流道設備中有鋁質的析出。根據系統設備材料分析，流道設備鋁的析出的可能性基本可以排除。因此，反滲透膜表面污染物來自于絮凝劑PAC。也就是說，預處理系統出現了漏鋁現象。

4.1.2 預處理漏鋁原因分析

鋁鹽絮凝劑投加到水中后所形成的水絡合離子的水解過程是一個不斷放出質子H+的過程。因此，在不同的PH值條件下，將有不同形態的Al3+水解產物。當PH值<4.0時，以高電荷低聚合度的羥基絡合離子為主要形態；當pH=6.0～7.0時，以難溶的氫氧化鋁為主要形態，當pH>8.0～9.0時，氫氧化鋁被溶解為可溶性的帶負電荷的絡合陰離子。由于水的PH值不同，Al3+的水絡合離子的形態也不相同，因此對混凝處理的影響效果也不同。

水溫對漏鋁也存在一定的影響，鋁鹽混凝劑的水解反應是一個吸熱反應，水溫變化直接影響鋁鹽的水解程度，研究表明：隨著水溫降低，漏鋁呈較快上升趨勢；當水溫升高，混凝的最佳pH值降低，在pH環境大于7的情況下，水中鋁的溶解以AL（OH）3+H2O==AL（OH）4-+H+為主；溫度升高，平衡有向右移動而增大溶解度的趨勢，此時若力圖降低溶解鋁使平衡左移，則需增加H+，減少pH值。因此，水溫增加，相對應的最佳pH值降低。

4.1.3 預處理漏鋁的危害

由于鋁鹽是難溶鹽，溶度積KSP很低，Al（OH）3的KSP為3×10-34，AlPO4的KSP為9.84×10-21，遠比CaCO3的KSP（3.36×10-9）低，非常容易沉積；而且Al3+的水解產物在水中的形態比較復雜；反滲透進水對Al3+的含量有明確的上限要求。在DOW公司的產品技術手冊中明確指出，反滲透進水中的低濃度鋁（例如0.05ppm）就會引起系統性能的下降。因此，反滲透進水的鋁濃度應該控制在0.05ppm以內，目前進水中鋁的濃度是0.1pp左右，這將導致一系列的問題：

（1）Al3+在反滲透系統的濃縮過程中，濃度將提高3～4倍，由于Al（OH）3KSP很低，自身將形成難溶鹽，產生沉積；

（2）鋁在濃縮過程中，與低濃度的硅以及磷酸根產生硅酸鋁和磷酸鋁的沉積；

（3）阻垢劑對鋁也很敏感，而且阻垢劑與鋁形成的污堵產物將會成為微生物的養分，進而發生生物污染。

通過上述分析，因為漏鋁，在反滲透保安過濾器和反滲透膜表面沉積，導致保安過濾器濾芯頻繁跟換和反滲透系統運行壓差上述使得反滲透系統段間壓差增大，產水量下降。因此，預處理系統漏鋁是預脫鹽系統處理出了下降最重要的原因。

4.2 殺菌加藥設備缺陷是導致反滲透污染次要原因

承包商為我公司反滲透系統配備了殺菌加藥設備，其溶藥箱采用了鋼制襯膠設備，殺菌劑是強氧化劑，氧化了襯膠層，形成了粉狀黑色顆粒物，進入了反滲透系統，進一步加劇了反滲透系統污堵。

5 系統加藥優化調整及調整后結果

5.1 系統加藥系統優化調整調整試驗

5.1.1 調整原水pH、改變混凝環境

原水值pH較高，基本維持在8.1～8.2，當原水PH值超過8.0時，漏鋁的概率將大大增加，因此，對原水加入少量的酸，盡量控制pH值在7.3～7.6之間改變混凝環境，防止漏鋁現象的發生。

5.1.2 降低絮凝劑投加量，降低漏鋁風險

預脫鹽系統投入運行后，預處理水量只增加了20%左右，但為了滿足超濾進口濁度小于1.0NTU以下，提高了聚合氯化鋁的投加量，加藥濃度增加了58%，達到40ppm以上，這是造成超濾出水鋁離子含量超標的主要原因。為此，通過優化調整試驗，超濾進水不在以超濾進口濁度小于1.0NTU作為控制標準，將加藥量控制在18～25ppm左右，降低了反應沉淀池的加藥量。

5.1.3 增加水質監督，控制漏鋁現象

在正常水質監督過程中，加強了對超濾出水鋁離子的含量檢測，通過加藥調整，確保了反滲透進水鋁離子含量滿足標準。

5.1.4 加強反滲透阻垢劑加藥量的調整

在正常運行過程中，及時根據水質中成垢離子含量的分析，根據及時調整阻垢劑的加藥量

5.2 調整后結果

通過上述優化調整后，該公司預脫鹽系統運行狀況大為改善。主要表現在：（1）保安過濾器濾芯更換周期有原來的15天左右，延長到5個月以上；（2）預脫鹽系統的產水能力逐漸恢復到設計要求。達到80m3/h。（3）反滲透經過化學清洗后，段間壓差回復正常，達到0.15～0.18Mpa，反滲透清洗時間延長到6個月左右。

6 結束語

對于反滲透預脫鹽系統，根據原水pH及其它指標，通過混凝試驗，控制超濾產水鋁離子的含量，可提高預脫鹽系統運行的安全性和經濟性。

作者簡介：劉德宏（1968，5-），男，江蘇鹽城，工程師，主要從事建設工程管理和電廠化學、環保等相關工作。