純水系統的運行優化探討

文_魏星 曹曉偉 中國電子科技集團公司第五十五研究所

1 超濾（UF）系統

1.1 原水水源的保障

一般意義上，純水系統都會設計一個容積安全的原水箱，由市政自來水補水至原水箱中，再由原水泵泵送至UF系統。但由于動力廠房空間的限制，無法在廠房內建原水箱，只能與消防系統共用消防水池作為原水水源。新區消防水池容積約2000m3，由兩路DN200市政自來水管補水，浮球閥控制。由于這兩路補水管位于新區自來水總管前段，而目前新區自來水為單路枝狀管網，若閥門全開補水時會降低全所自來水壓力，故閥門開度較小。夏季高溫時段，冷卻塔補水、綠化用水等水量較大，加之純水系統原水量逐步增大，容易造成消防水池出水量大于補水量，影響純水原水供應以及消防系統用水的安全性。

為此，我們從市政管網新建一路自來水管為消防水池單獨補水，并在消防水池內加裝液位傳感器，在液位有持續下降趨勢時，系統報警提醒運行人員及時去現場查看情況調整閥門開度，確保純水系統原水水源安全可靠。

1.2 原水泵啟動方式改造

原水泵位于消防水池地下泵房內。由于原水泵功率僅為7.5kW，設計為工頻直接啟動。但是在運行過程中發現，由于地下泵房至動力廠房2樓UF系統的管路有多處彎頭且管路有130m之長，原水泵啟泵停泵時水流不暢，管路中壓力突變會造成管網沖擊振動。因此，我們對原水泵各加裝1臺軟啟動器，將工頻直接啟動改造為軟啟動，實現原水泵送水管中流量和壓力的緩升、緩降，有效排除了這一安全隱患。

1.3 氣動閥增加備用氣源

UF系統的啟動、停機，以及運行過程中的反洗動作，都需要12個氣動閥由自動控制程序來執行。氣源為動力廠房空縮壓氣系統，當空壓系統檢修停機或出現故障時有可能氣源中斷導致氣動閥無法動作影響UF系統正常運行。為此，我們從氮氣管上引出一路氣管作為氣動閥的備用氣源。可以有效防止壓縮空氣對氮氣管路的污染。

1.4 化學清洗

雖然UF系統的自動定時反洗能較好的維持超濾膜性能的相對穩定，但反洗不能使通量達到100%的恢復。隨著膜組件工作時間的延長，膜污染會不斷加重，膜的透水速率會下降。為了恢復超濾膜的通量，我們選擇在對科研生產沒有影響的時段，對膜組件進行化學清洗。目前，UF系統產水量仍保持80m3/h（設計產水量）左右，性能良好。

2 反滲透（RO）系統

2.1 制熱系統改造

反滲透制熱系統的作用是在冬季進水溫度較低時提升水溫，保證RO膜組件產水量。蒸汽進汽管道上有一組電磁閥和電動耐高溫比例閥，電磁閥與RO送水泵聯動，比例閥開度由出水溫度設定值控制。

在運行過程中，當RO系統關閉時，由于蒸汽管道中有雜質等原因導致電磁閥有時無法完全關閉，板換蒸汽側不斷有120℃高溫蒸汽進入，而板換水側無水流動造成板換溫度持續升高，熱量再傳遞至UPVC管道，有可能導致管道變形、漏水。為此，我們將蒸汽電磁閥更換為常閉型蒸汽氣動閥，閥門開啟以壓縮空氣作為動力，在信號回路斷開時，確保閥門能完全關閉。此項改造使制熱系統安全可靠運行，確保了冬季低溫時RO膜產水量。

2.2 及時調整NaHSO3加藥量

NaHSO3作為一種還原劑，加入一級RO進水中，能有效去除原水中的余氯，防止氯進入RO膜，導致出水水質下降以及對RO膜造成不可恢復的傷害。

季節變化會引起原水中余氯含量波動。當夏季高溫時，自來水廠為確保管網中的水質會在送水時加大加氯量，導致水中余氯升高，進水ORP有時高達100mV，若不及時調整加藥量會使RO系統產水水質下降進而影響EDI產水水質。但由于NaHSO3呈弱酸性，加藥量加大需要投加更多的NaOH來中和提高pH值。我們在運行過程中探索得出了一個合理的加藥量，即將進水ORP控制在60mV以下時，產水水質和加藥成本可以達到較好的平衡。

2.3 化學清洗

RO膜經過一段時間運行后，膜組件會受到水中可能存在的懸浮物或難容物質的污染，在膜濃水側會出現碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、金屬氧化物垢、硅沉積物及有機或生物沉積物等造成膜污染，引起系統脫鹽率下降、出水量降低、壓差增大等問題。當反滲透性能下降到一定程度時，就要進行有效及時的清洗，恢復系統性能避免膜污染而難以恢復。我們每年至少一次對RO膜組件進行化學清洗，確保RO系統性能控制在初投運時的范圍，產水量約50m3/h、產水水質低于2μs/cm(25℃)。

3 連續電除鹽（EDI）系統

3.1 控制進水CO2濃度

EDI進水為二級RO的產水，反滲透膜無法脫除原水中的CO2，另外存放于RO水箱中的RO水通過溢流管與空氣直接接觸，空氣中的CO2也會溶入RO水中，造成EDI進水CO2濃度偏高，有研究表明CO2濃度能高達3～5mg/L。EDI性能對進水CO2極為敏感，因為CO2轉變為HCO3-并非瞬間完成，需要緩慢轉變，即使CO2完全轉變為HCO3-，HCO3-從EDI淡水室遷移至濃水室的速度也非常緩慢，因此，進水CO2濃度大小對EDI性能穩定有至關重要的影響。

在二級RO進口處投加NaOH，CO2形成易被反滲透膜去除的Na2CO3，提高RO產水pH值，降低電導率，保證EDI進水對水質和pH的要求。根據我們幾年的運行經驗，調整NaOH加藥量使得二級RO進水pH保持在7.5～8.5范圍內，則二級RO產水電導率能保持1.0～1.5μs/cm(25℃)，EDI產水電阻率大于17 MΩ·cm(25℃)。雖然加大NaOH加藥量EDI產水電阻率會進一步提高，但提高程度有限只有0.1～0.2 MΩ·cm(25℃)，因此我們在運行中將二級RO進水pH控制在8.0左右時，NaOH加藥量較為經濟合理。

3.2 化學清洗

在EDI前處理工藝中(超濾、反滲透)，各中間水箱并不是完全密閉的，在與空氣接觸的過程中，系統內會滋生細菌和微生物。造成各通道逐漸污染堵塞。而原水水質隨季節變化和反滲透使用性能下降等原因，還會引起EDI進水電導率在一定范圍內波動，導致EDI濃水通道出現結垢。因此我們每年對EDI進行一次化學清洗，鹽酸用于清除碳酸鈣垢、硫酸鈣垢和金屬氧化物，氯化鈉/氫氧化鈉用于清除有機污染物及生物膜。

與UF膜和RO膜不同的是，EDI系統化學清洗后還不能直接投入運行，因為化學清洗會破壞EDI內部離子交換樹脂帶電電荷平衡，初始運行時產水達不到合格標準，需要通過對EDI帶電運行一段時間，使離子交換樹脂在電場的作用下再生。EDI電再生前，要確認調整EDI的運行壓力和流量至清洗前的正常狀態，并將EDI產水回流至RO水箱以加快再生速度。通過重新再生，產水電阻率約4h后可以提高至1MΩ·cm(25℃)，約48～72h后產水電阻率可提升至17 MΩ·cm(25℃)以上，此時即可恢復正常運行。

4 其它

4.1 及時更換耗材

各個濾芯污堵速率受前級來水水質影響，我們在日常運行過程中密切注意過濾器進出水口壓差值，當壓差值上升到0.05Mpa或到運行上限時間時，及時更換RO保安過濾器濾芯，每年春節檢修時更換EDI保安過濾器濾芯、終端過濾器濾芯，確保產水水量同時節省電耗。

TOC-UV和UV殺菌器中的UV燈管處理效果會隨著時間推移而變差，我們根據產水水質以及設備廠家指導的更換時間每年更換一次UV燈管，確保出水TOC和細菌指標達標。

拋光混床是指在混床內的混合樹脂在運行失效后將樹脂廢棄的一種混床。由于各個系統的混床處理水量、處理負荷不盡相同，樹脂更換周期也不盡相同。我們定期對各混床進行試驗（開啟前級或后級混床旁通閥只看本級混床出水水質）判斷其樹脂的處理效果，在處理效果有明顯下降趨勢時及時更換樹脂，避免在用樹脂失效。另外，每級混床設計為兩個混床并聯使用，可以在連續產水狀態下更換樹脂。

4.2 在線儀表的比對校驗

由于系統連續運行，終端水質檢測儀表無法定期送去專業機構校驗，我們每季度用校驗過的便攜式儀器對各終端出水電阻率、DO、TOC、顆粒等主要指標進行檢測，實現對在線儀表的比對校驗，確保在線儀表顯示的水質指標準確無誤。

4.3 新建管網并網

隨著新區建設的推進，不斷有新建的純水管網要并網運行。若施工單位對新建管道沖洗不徹底，管道中的顆粒、膠水脫落物等會混入原有系統污染水質。在每次并網前，我們用純水對新建管網進行連續正沖洗、反沖洗，并用便攜儀表檢測器在排放口檢測電阻率、TOC等水質指標直至達標后再將其并網，確保新建系統對原系統零影響。