托克托發電公司二期水處理200噸除鹽水系統方案優化

鄭永斌

1.引言

內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司原化學除鹽水制水系統總制水量為625t/h，僅能滿足全廠8臺600MW機組、2臺300MW機組的正常供水。無法滿足五期工程所需的除鹽水的供水要求；因此，為了保證電廠上述10臺機組的正常供水，同時滿足五期工程2臺660MW機組用水要求，需對化學制水系統進行擴容改造，經過核算需增加凈出力為200t/h的除鹽水制水設備，水質達到除鹽水標準。

2.水源水質分析

在系統增容方案中，首先要考慮的就是原水水質，針對不同的原水水質選擇不同的預處理工藝，才可以減少超濾、反滲透系統的污堵、結垢和降解，從而大幅度提高超濾、反滲透系統的效能，實現系統產水量、脫鹽率、回收率和運行費用的最優化。保證反滲透系統的高效穩定運行，才能保證整個系統的穩定運行。

本改造方案水的來源有兩種：一是黃河水、二是水塔排污水和園區污水處理廠的中水。黃河水水質較好，總含鹽量平均為987mg/L左右，一期水處理有很好的運行經驗，而且設備運行穩定；水塔排污水比較惡劣，總含鹽量為3183mg/L左右，屬于三級廢水；中水水質較好，達到一級B標準。

為了節約水資源，同時減少托電公司水塔外排水量，充分實現托電公司零排放的目標，本方案有先采用水塔排污水作為水源，這樣可以消耗460t/h的排污水。系統主要分為化學水擴容預處理及除鹽系統。

3.預處理系統

預處理系統包括：機械加速澄清池及多介質過濾器、超濾、反滲透系統等輔助系統設備，布置在二期水處理站的西側新建車間內。

3.1、循環排污水經過機械加速澄清池和多介質過濾器處理后，水中懸浮物、膠體等水質指標得以穩定，不會出現大的波動，為后續的預處理奠定基礎，該處理方法也是我廠正使用的工藝，運行效果標明，上述預處理設備能滿足超濾進水要求。

3.2、原來二、三期循環水處理站預處理超濾系統使用荷蘭諾瑞特內壓式PES材質膜，運行中僅能進行加藥反洗，不能錯流清洗而導致壓差上升過快、斷絲等現象，導致后續反滲透膜污染等，經過對市場上各種超濾膜調研，本次擴容預處理系統中超濾膜決定采用國產天津膜天膜科技股份有限公司出品的中空纖維膜，該中空纖維膜產品主要特點：

1）選用聚偏氟乙烯（PVDF）材質，化學性質穩定，清洗藥劑耐受性強

適用于凈水、污水、海水等各種水質的凈化處理；

耐酸、堿、氧化劑能力強，適用各種化學清洗方式，同時可有效延長組件壽命；

2）抗污染能力強，易清洗

過濾層截留精度高，能有效防止深層嵌入式污染；

膜絲柔韌性好，可采用反洗、氣洗、沖洗等多種方式有效清除膜污染；

3）產水效率高，運行成本低

膜絲孔隙率高，透水性強；

膜組件結構優異，過濾阻力小，能耗低；

膜系統可高度集成，有效降低占地面積；

膜系統高度自動化，可靠性高，易于維護；

該中空纖維膜組件結構上比較優越：

1）采用外壓式組件結構，膜的比表面積大于內壓膜，相同條件下產水量更大；

2）所形成的組件流道寬闊通暢，不易污堵，抗沖擊性更強；

3）污物附著在膜的外壁，反向沖洗容易脫落，容易排出；

4）可以采用氣水雙洗，減少自耗水用量，提高產水率；

總之，該中空纖維膜采用不易堵塞的外壓式結構，具有更高的截污量，更大的過濾面積，使清洗更簡便、徹底。采用的流態設計以全流過濾為主，但組件也可以很方便地轉換成錯流過濾的模式，與錯流相比，全流過濾能耗低、操作壓力低，因而運行成本更低；而錯流過濾則能處理懸浮物含量更高的流體。

4.原系統存在問題的改進

反滲透系統的設計，鑒于原二、三期循環水處理站反滲透出現的膜污染、壓差上升過快等現象，該方案從以下方面考慮：

4.1膜產水通量和膜數量

產水通量和脫鹽率是反滲透系統的關鍵參數，針對特定系統條件，產水通量和脫鹽率主要受壓力、溫度、回收率、進水含鹽量和pH值的影響。

水溫對反滲透系統的運行壓力及產水流量影響很大，水溫每變化1℃。在進水壓力不變的情況下，其產水量約增減2.7%。在系統條件不變的情況下，進水水溫降低將導致產水量的下降。該方案反滲透系統的設計水溫分別按最低18℃（冬季）、正常25℃和最高35℃（夏季）設計，減弱水溫變化對反滲透系統的影響。

回收率是指膜系統中給水轉化成產水的百分率。本方案反滲透系統的回收率按60%設計。

反滲透系統以循環排污水為水源設計，根據水質報告，經過陰陽離子平衡后，循環排污水的總鹽量為3183mg/L。

為了控制碳酸鹽結垢，在反滲透入水中投加鹽酸，調節進水PH至7.5。

反滲透膜產水通量是指單位膜面積透過液的流率，通常以每小時每平方米升（l/m2h）或每天每平方英尺加侖（gfd）表示。反滲透膜元件的數量主要是根據膜通量來確定的。根據《膜元件系統設計導則》，針對SDI<3的廢水水源，膜元件典型目標通量為22l/m2h。

污堵因子（FF）是指膜面被部分污堵后，尚未被堵的有效通水膜面占總有效膜面積的比例。污堵因子值越高，反滲透膜在相同的產水量下所需的運行壓力就越低。系統運行一段時間后，反滲透膜肯定會受到一定的污染，膜面肯定會受到一定的污堵，為了使反滲透在膜受到污堵的情況下，產水量依然能滿足要求，按系統運行三年后所需壓力來考慮，污堵因子FF選擇為0.85。

4.2對RO膜結垢的預防措施

根據水質可知，本循環排污水硬度和堿度均較高，這些難溶鹽（碳酸鹽比如CaCO3，硫酸鹽比如CaSO4、BaSO4）的沉淀和沉積容易導致RO膜元件的結垢。這種結垢常從系統的末端開始，源于水質的變化、阻垢劑投加量不合適以及過高的系統回收率。為此，在系統運行中，還應建議定期分析原水、產水和濃水中的可能導致結垢的離子量；檢測RO濃水測是否出現結垢；如果可能結垢的離子含量明顯增多，則應調節阻垢劑投加量或調低系統回收率或調節RO入水的PH值。

在RO系統的運行上，建議RO系統應連續運行，盡量避免頻繁啟停。當機組正常運行需水量較小時，為避免RO的頻繁啟停，2套RO可分為運行RO和備用RO；備用RO在24小時內至少低壓沖洗一次。運行RO同備用RO在120小時內自動切換一次。不建議單套RO長時間低負荷運行，因為該工況下濃水的流速過低，不利于RO膜表面雜質的沖刷。

5.結論

隨著我廠生產規模不斷的擴大，生產技術也在不斷的深入發展，有必要針對原二、三期循環水處理站原系統反滲透和超濾運行中出現的問題，結合原水水質報告，充分應用先進的水處理技術，完善系統優化設計，所以通過上述嚴謹的技術論證，實施該方案能夠保證設備的穩定運行，達到節能減排，向實現“零排放”的目標邁進了一步。五期工程#9機組于2016年12月25日、#10機組于2017年2月24日分別完成168小時試運行，順利移交生產，一躍成為世界最大在役火力發電廠。

（作者單位：內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司）