CCS水電站工業用水處理系統設計

李 兆孫玉涵蔡曉鳴

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041；2.黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003；3.三達膜環境技術股份有限公司，福建 廈門 361022）

CCS水電站工業用水處理系統設計

李 兆1孫玉涵22蔡曉鳴3

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041；2.黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003；3.三達膜環境技術股份有限公司，福建 廈門 361022）

本文以CCS水電站廠房工業用水系統設計為模型，研究分析了在多泥沙，硫化物、氧化硅超標的情況下，利用混凝沉淀及膜法水處理技術工藝（RO反滲透工藝）解決水質問題。該研究為類似工程在水質不達標的情況下實施工業水處理系統設計提供了經驗與參考。

混凝沉淀；過濾器；反滲透；反洗

1　概述

CCS水電站位于南美洲厄瓜多爾，距離首都基多130km。電站地下廠房內安裝8臺水斗式水輪發電機組以及25臺單相變壓器。機組正常運行時，機組冷卻用水，主軸密封用水以及空調系統補水均來自于廠外兩座高位水池。由于設備對水質要求極高，因此在廠外設置一套水處理設備［1］，對高位水池水中雜質進行處理后送至主廠房各個工業用水系統。

2　工業取水系統簡介

全廠工業用水取自廠外高位水池。高位水池主水源取水自設在河邊的2#、3#水井。當水井出水不足時，尾水泵啟動，尾水渠水流進入高位水池作為備用水源保證電站整個工業和生活系統用水。

為滿足機組運行要求，主變廠家和空調廠家分別對

水質提出如下要求。見下表1。

2.1原水水質

表1　工業用水水質要求

根據CCS水質檢測報告，廠房2#和3#水源井井水水質參數如下表2示。

2.2處理標準

根據原水水質參數，以及水質標準要求，針對EPC主合同要求采用歐美國際標準進行設計，因此針對電站工業用水的特殊性以及高要求，采用如下標準進行設計：

①MAE 1 2005-06：Norma para la prevencion y control de la contaminacion ambiental del recurso agua en centrales hidroelectricas；②EM1110-2-4205：Engineering and design hydroelectric power plant mechanical design

表2　原水水質參數

2.3處理工藝流程

針對水質要求，結合現行的反滲透技術在供水工程中的應用，采用膜法水處理技術工藝（RO反滲透工藝）［2］以達到電站用水要求。采用的工藝流程如下圖1所示。

圖1　膜法水處理工藝流程圖

其中多介質過濾器、活性炭過濾器采用進水反洗，一級RO設計回收率70～80%，二級RO設計回收率80%～90%。

系統最終產水規模為50 m3/h。

2.4處理工藝說明

原水通過泵進入混凝沉淀池的進水池，在進水池內加入PAC，加堿調節溶液pH，進入混凝池攪拌均勻，進入斜管沉淀池，去除水中的SS和部分COD，上清液進入到混凝沉淀產水池。

混凝沉淀產水池的水通過泵依次進入多介質過濾器和活性炭過濾器。多介質過濾器和活性炭過濾器采用碳鋼襯膠罐體，罐內分層放置卵石、石英砂、活性炭等不同的濾料，原水經過濾料時，水中的膠體、沉淀物質/COD等雜質在濾料表面碰撞、攔截形成濾餅層得以去除?；钚蕴窟^濾器產水供RO系統繼續處理?；钚蕴窟^濾產水進入5um安全過濾器，再由高壓泵提供一定的壓力和流量進入一級反滲透膜，反滲透膜進水通過電子阻垢儀，以保證反滲透系統的穩定運行，并提高反滲透膜對離子的截留，反滲透膜截留大部分有機物、鹽份后的透過液自然流入一級反滲透產水池。

一級反滲透產水通過泵提升經過5um保安過濾器，再由高壓泵提供一定的壓力和流量進入二級反滲透膜，二級反滲透膜截留SO3-、鹽份后的透過液自然流入二級反滲透產水池。混凝沉淀池定期排泥，泥水進入污泥處理系統，泥餅定期外運。多介質、活性炭過濾器定期采用RO濃水反沖洗，反沖洗水排入反洗水收集池，通過泵回流至混凝沉淀池處理；反滲透產生的濃水直接排放。

在整個水系統處理過程中，共分為四個處理單元：混凝沉淀及污泥處理單元、過濾單元、兩級反滲透單元，反滲透清洗系統；所有單元聯為一個整體。

2.4.1混凝沉淀及污泥處理單元

高位水池中的水通過進水離心泵進入混凝沉淀區進水池，在混凝池內加入PAC，并加堿調節混合液PH值，攪拌均勻后進入斜管沉淀池，去除水中的SS和部分COD，上清液進入混凝沉淀產水池。

沉淀池內的混凝膠體、沉泥定期通過底部的排泥管排入排泥渠，在排泥渠中污泥泵將污泥排入污泥池。污泥在污泥池中進行分離，上清液回流至進水池；污泥用污泥脫水系統進行脫水，泥餅定期外運。

2.4.2過濾單元

沉淀池產水通過機械過濾器進水泵依次進入機械過濾器和活性炭過濾器，水中的膠體、沉淀物質等雜質在濾料表面碰撞、攔截形成濾餅層得以去除。過濾器的產水進入一級反滲透系統進行處理。

過濾器通過PLC控制柜設定反沖洗的頻率和時間啟動程序，定期采用一級反滲透濃水進行短時間、大流量反向沖洗，每次反洗約15min。反沖洗水排放至反洗水收集池，通過反洗水提升泵返回混凝沉淀池處理。

2.4.3反滲透單元

活性炭過濾器產水進入5um安全過濾器，再由高壓泵提供一定的壓力和流量進入反滲透膜，反滲透膜進水通過電子阻垢儀，以保證反滲透系統的穩定運行，并提高反滲透膜對離子的截留。反滲透膜截留大部分有機物、鹽份后的透過液自然流入回用水箱。

反滲透系統設計根據膜的進水流量和產水流量等要求，將膜組件放置于膜外管內，并通過合適的串并聯組合排列以達到最低的動力消耗和元件水量平衡。反滲透系統控制采用全自動控制，根據程序進行過濾產水、停機沖洗、以及在線CIP清洗。

2.4.3.1一級反滲透工藝

系統采用進口高脫鹽率反滲透膜，平均膜通量為25LMH（L/（m2h））。單套反滲透膜配置72根高脫鹽率反滲透膜芯，采用六芯裝膜玻璃鋼外管（耐壓300 PSI），分2段設置，共12支膜外管，排列方式設置為第一段8根膜管，第二段4根膜管，兩段串聯（簡稱8：4排列），從而保證一級反滲透系統設計水回收率為70～80%。整套系統采用1組304不銹鋼組合架裝配而成，配備流量計、電導率儀、壓力傳感器、閥門、壓力表等。

2.4.3.2二級反滲透工藝

系統采用進口高脫鹽率反滲透膜，平均膜通量為38LMH（L/（m2h））。單套反滲透膜配置36根高脫鹽率反滲透膜芯，采用六芯裝膜玻璃鋼外管（耐壓300 PSI），分2段設置，共6支膜外管，排列方式設置為第一段4根膜管，第二段2根膜管，兩段串聯（簡稱4：2排列），從而保證二級反滲透系統設計水回收率為90%。整套系統采用1組304不銹鋼組合架裝配而成，與一級反滲透主機共用。系統配備流量計、電導率儀、pH計、壓力傳感器、閥門、壓力表等。反滲透膜組件安裝在組合架上。

反滲透裝置配置停機沖洗、化學清洗裝置1套及加堿系統一套。反滲透裝置與清洗系統、加藥系統相連，同時在產水管和濃水管上設取樣點，以便于定期對系統做取樣檢測。

2.4.3.3反滲透系統的控制

反滲透系統采用PLC程序控制，主要控制閥門采用電動操作，系統實現自動化控制運行。人機界面為工控機，可方便的從計算機上進行系統啟動、運行、清洗等控制。每套反滲透設備設置現場控制柜，也可在現場控制柜上進行設備的起停控制和有關數據讀取。

2.4.4CIP清洗單元

系統設置清洗溶液箱1個，錐底圓筒水罐，配套液位傳感器1套；清洗離心泵1臺。

2.5系統控制

由于生產操作不可避免的缺陷和失誤，因此，本方案充分考慮水處理系統可能出現波動的情況，并采用有效的控制措施，來預防水處理系統的污染和污染后的清洗恢復。

2.5.1設立系統安全保護、報警和預防措施

日常定期監測進水濁度，出現較大水質波動（SS，pH有較大波動）時，及時調整處理系統操作條件，降低系統波動的影響。并降低水系統的負荷，避免遭受聯鎖反應。

PLC與SCADA系統聯接，數據由現場設備采集，這些信號不被發送到SCADA，當多介質過濾器產水水質濁度大于1.0NTU時，需要調節進水pH值，藥劑將投入水中，pH值的變化可在pH計顯示。

定期進行原水水質全分析，分析檢測出的可能出現的污染，設計相應的污染消除和維持方法，并設置了有效的化學清洗，保證RO的穩定運行。RO系統進水采用電子阻垢儀，降低系統運行過程中膜結垢的傾向。RO系統設置低壓、超高壓系統保護裝置，并可柔性啟動和停機。

2.5.2清洗恢復方案

系統清洗恢復工藝包括周期維護性清洗和污染恢復清洗。RO系統采用周期性瞬時排污，瞬間排出膜內部的污垢累積，降低RO膜表面的結垢污染。根據進水水質和現場調試情況，每連續運行8～12小時沖洗一次，化學清洗系統設置在現場，，每1～3個月運行一次。RO沖洗系統。反滲透系統在出現停機時，必須及時對其進行低壓沖洗，以防止濃縮廢水中的污染物對膜造成污染。停機時首先用產品水對反滲透膜進行低壓沖洗，將膜內的濃水沖洗出來；無論何種原因停機，都需要對RO系統進行低壓沖洗，以便將膜內濃水沖洗出來。非氧化性殺菌劑對反滲透膜進行定期殺菌消毒，延長反滲透膜的化學清洗周期，降低或減少膜的污染，延長膜的使用壽命。

3　結論

CCS電站工業水處理基于膜法水處理技術工藝，利用加藥預氧化處理，配合常規工藝，利用活性炭吸附特性，以及反滲透處理系統超濾膜的高通量，對原水水質進行處理，達到工業用水系統水質要求，為類似電站工程提供了可靠的經驗。

［1］秦悅慧，何斯征，Gary Zong反滲透水處理技術及其應用前景［J］，能源工程，2000，4，53-55.

［2］馮逸仙.反滲透水處理系統工程［M］.中國電力出版社. 2005.

Design of Industrial Water Treatment Systemin CCS Hydropower Station

Li Zhao1Sun Yuhan2Cai Xiaoming3
（China Water Conservancy and Hydropower 14th Engineering Bureau Co.，Ltd.，Kunming Yunnan 650041；2.The Yellow River Reconnaissance Planning Design Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450003；3.Suntar Membrane Environment Technology Co.，Ltd.，Xiamen，Fujian 361022）

This paper takes CCS hydropower station plant industrial water system design as the model，studied and analyzed the use of coagulation sedimentation and membrane method water treatment technology（RO reverse osmosis process）to solve the water quality problem，under the situation of excess sediment，sulfide and silicon oxide.The study provided the experience and reference for the implementation of industrial water treatment system design in the similar projects under the condition of substandard water quality.

coagulation sedimentation；filter；reverse osmosis；backwashing

TP273.5

A

1003-5168（2015）12-0137-3

2015-11-22

李兆（1987-），男，本科，助理工程師，研究方向：水電站水力機械設備研究設計，電站水處理工藝技術。