化水預處理系統PAC溫度影響控制分析

文_劉興旺 何勇 國家能源集團泰州發電有限公司

在火力發電廠中，水是傳遞能量的工質,水質是影響火力發電廠安全、經濟運行的重要因素之一。火力發電廠通過采用水的混凝預處理、膜處理和離子交換等一系列水處理措施去除原水中的雜質。原水的混凝效果好壞將直接決定后續水處理設備的運行效果。PAC絮凝劑針對雜質混凝處理以其投藥量少、無毒、價廉和處理效果好等優點,逐漸成為電廠補給水預處理、工業廢水和長江沿岸城市污水處理的主流混凝劑，被稱為第二代混凝劑。

泰州電廠地處長江中下游沿岸，共4臺1000MW超超臨界機組。江水經原水升壓泵增壓，在管式混合器加入PAC絮凝劑，再進入露天式反應沉淀池（300m3/h×4、 400m3/h×2）進行混凝、澄清處理。出水通過空氣擦洗濾池過濾后，依次經過板式換熱器、超濾（100m3/h×2、200m3/h×2、250m3/h×1）、反滲透（75m3/h×2、150m3/h×2、180m3/h×1）處理，最終通過一、二級樹脂除鹽制成合格的除鹽水。

本文針對近兩年泰州電廠冬季頻繁出現反應沉淀池產水渾濁及預脫鹽設備壓差上升的現象進行試驗分析，并依此做出最佳的PAC加藥量調整。

1 化水預處理PAC加藥控制

泰州電廠通過招標定期采購比例10%的PAC原液，存貯在2個高位儲罐內（25m3×1、30m3×1）。

PAC原液再進入2個PAC計量箱與水混合稀釋， 1#、2#PAC計量箱互為備用。

PAC計量箱配藥方式：計量箱內PAC藥液用至0.4m后聯鎖退出。先加藥液至0.75m，然后加水至1.05m，配置濃度為5%，10%PAC原液2倍稀釋，每次配藥一箱。

PAC計量泵加藥量控制：

1～4#反應沉淀池（300m3/h×4）： 1～5#PAC計量泵（3#泵備用），濃度5%，計量泵出力326L/h，沖程30%，頻率35%。1～5#5PAC計量泵正常運行出力：34.23L/h。

5～6#反應沉淀池（400m3/h×2）： 6～8#PAC計量泵（#7泵備用），濃度5%，計量泵出力375L/h，沖程10%，頻率100%。6～8#PAC計量泵正常運行出力：37.5L/h。

2 反應沉淀池及預脫鹽設備異常情況

2.1 反應沉淀池水質渾濁現象

2020年11月上旬，1～6#反應沉淀池產水區開始間斷出現渾濁現象，產水濁度指標波動較大，且夜間現象更為嚴重。在排除可能出現的PAC計量泵出力異常及出口Y型過濾器、加藥管道污堵現象，及PAC計量箱內部雜質沉淀、PAC計量泵攪拌器異常等問題后。因反應沉淀池產水渾濁對后續制水設備影響較大，立即提高1～5#PAC計量泵沖程至35%，1～5#PAC計量泵運行出力提高至39.93L/h；提高6～8#PAC計量泵沖程至11%，6～8#PAC計量泵運行出力提高至41.25 L/h。監視發現1～6#反應沉淀池出水區水質變清。產水濁度≤5NTU，滿足反應沉淀池正常運行時產水控制指標。

2.2 3#超濾投運時出現頻繁自動跳步反洗現象

2020年11月中旬， 3#超濾投運時開始出現頻繁自動跳步反洗現象。20：30之前3#超濾正常運行時進水流量在210m3/h左右，超濾進水壓力在0.16MPa左右。20：30～20：58，3#超濾開始反洗每隔4min反洗完進口壓力上升至0.32MPa以上，然后瞬間下降至0MPa；同時超濾進水流量每隔4min上升至250m3/h以上，然后瞬間下降至0m3/h。如此反復連續7次直至最后一次進水壓力上升至0.2MPa才恢復正常。

通過以上數據分析得出3#超濾反洗結束后投運超濾進水泵后，連續7次超濾進水壓力超過0.28MPa，觸發超濾程序自動跳步反洗，直至最后一次進水壓力最高漲至0.2MPa后未超標， 3#超濾正常投運。后續又多次出現該現象。檢查發現超濾進水泵及超濾自清洗過濾器運行正常，初步推斷超濾膜受到污染。膜污染主要分有機物污染和無機物污染，無機物污染多數是由混凝劑過量和碳鋼管道被腐蝕所致。如果超濾膜被有機物和無機物嚴重污染，則根據污染物的成分和特性等，采用一些特殊的清洗劑進行清洗。因11上旬反應沉淀池多次出現渾濁現象，懷疑#3超濾膜受到無機物污染，對3#超濾進行酸洗、堿洗。再次投入后超濾程序頻繁自動跳步反洗現象得到改善，但短周期內又重復出現該現象。

2.3 3#反滲透出現進水流量下降，一段壓差上升現象

2020年11月中旬3#反滲透一段壓差由0.21MPa持續上漲至0.33MPa。反滲透進水流量由185m3/h緩慢下降至165m3/h。因超濾膜能為反滲透提供良好的預處理作用，保障后處理設備反滲透的安全運行。而近期超濾進水壓力過大頻繁反洗，可能會導致反滲透進水水質受到影響造成一定程度惡化。反滲透進水中雜質增多對反滲透膜元件產生污染和侵蝕，反滲透膜表面的流道出現堵塞現象，水質得不到有效的保證。故將3#反滲透一、二段膜拆卸。并各取一段膜交予上海陶氏化學公司檢測。

根據陶氏化學的膜元件檢測報告分析：F4818041膜進水斷面有大量黑色顆粒物質粘附，含有少量的有機污染物和硅酸鋁等難溶鹽。因反滲透在線清洗受到運行設備條件的制約，反滲透沖洗不能有效去除膜進水測雜質，清洗效果不夠徹底。而化學酸性清洗可有效的用于去除反滲透膜上沉積的無機鹽垢，且清洗效果比較好。故11月17日開始對3#反滲透進行化學酸性清洗。化學清洗前距上次化學清洗制水55.4萬t，清洗前一段壓差為0.290MPa，進水流量168m3/h，清洗后一段壓差0.248MPa，進水流量180m3/h；11月22日第二次化學酸性清洗，距上次化學清洗制水1.5萬t，清洗前一段壓差0.370MPa，進水流量166m3/h，清洗后一段壓差0.253MPa，進水流量178m3/h。此后多次化學清洗，化學清洗效果顯著，但短周期內一次壓差再次上漲。

3 反應沉淀池及超濾進水取樣試驗分析

進入冬季降溫后出現以上現象，且在板式換熱器（產水保持25℃）投運后，現象更為頻繁。在排除超濾、反滲透本體及管道、水箱等存在影響的異常因素后，考慮到冬季的低溫環境造成PAC反應不充分的可能，決定對江水及超濾進水取樣來進行混凝燒杯試驗測試溫度因素的影響。

3.1 試驗1（江水取樣進行混凝燒杯試驗測試溫度的影響）

①取5個500mL燒杯分別放入400mL江水，編號1～5。②調整江水pH值為7，投加等量PAC溶液，攪拌均勻。③1～5號燒杯分別放在恒溫振蕩器中，溫度分別控制為0℃、5℃、15℃、25℃、30℃。④關閉恒溫振蕩器，取出燒杯靜置30min，用50mL注射針筒抽取上清液用濁度儀測其濁度。

溫度對PAC處理效果影響見表1。

表1 不同溫度下PAC混凝出水濁度

由表1和圖1分析可知：不同溫度對聚合氯化鋁PAC作為混凝劑的影響較大。溫度較高或較低均對混凝有顯著的影響。水溫低時，混凝劑水解困難。有研究顯示，溫度的影響是復雜的，低溫可能造成水的粘度上升，阻礙混凝劑的擴散和絮體沉降；可以影響水解動力學平衡，影響金屬氫氧化物的形成；同時可以降低水的離子積常數，從而降低水中氫氧根的濃度。此外，低溫可能造成形成的絮體密實度較低、絮體較小，導致分離效果差。同時說明冬天混凝劑的用量要比夏天多的原因。但是溫度也不是越高越好，15～25℃時混凝的效果最好。

圖1 溫度對混凝的影響曲線

3.2 試驗2（超濾進水取樣進行混凝燒杯試驗測試溫度的影響）

①取2個500mL燒杯分別放入400mL超濾進水，分別編號1、2。②調整超濾進水pH為最佳值7，攪拌均勻。③1、2號燒杯分別放在恒溫振蕩器中，溫度分別控制為0℃、25℃。④關閉恒溫振蕩器，取出燒杯靜置30min。

結果分析：觀察燒杯1中水質無明顯變化，燒杯2出現明顯分層，下部出現顆粒物絮凝沉淀。推測出超濾進水中殘余少量聚合氯化鋁PAC。板式換熱器投運后，超濾進水溫度在25℃左右時發生二次絮凝。使得超濾進水中的膠顆粒直接變大，較大的顆粒在超濾膜進水側被攔截，導致超濾進口壓力增大。同時通過超濾膜在反滲透一段膜進水側周期縮短。堆積膠體顆粒變多，致使反滲透產水量降低、反洗周期縮短。

3.3 試驗推論

通過幾次試驗現象推論：泰州電廠反應沉淀池為露天式，平時反應沉淀池進水未經加熱器恒溫調節。11月份因環境溫度降低，PAC在低溫原水中活性降低，絮凝反應不完全，導致產水變渾濁。提高PAC計量泵沖程增加PAC加藥量后，雖然反應沉淀池水質恢復正常。但產水中殘余未完全反應的PAC。11月中旬板式換熱器投運（超濾及反滲透膜產水通量與溫度成正比，反滲透設備進水溫度應維持在最佳設計水溫20～25℃，故冬季會投運板式換熱器來維持超濾、反滲透的產水量），換熱器產水管中殘余的PAC在25℃左右時發生二次絮凝。更多絮凝體堵在超濾膜及反滲透進水側，導致超濾進水側壓力變大，反滲透一段壓差變大。造成了超濾投運時頻繁自動跳步反洗及反滲透制水量降低現象。

4 化水預處理PAC加藥調整及優化建議

鑒于PAC加藥量過少會出現反應沉淀池產水渾濁，PAC加藥量過多產水中殘余的PAC藥劑過量又會導致二次絮凝現象。決定在適量提高反應沉淀池PAC加藥量的同時，稀釋PAC藥液濃度：將1～5#PAC計量泵沖程由30%提高至35%；6～8#PAC計量泵沖程由10%提高至11%；PAC藥液濃度由5%降至3.9%；并加大3#超濾反洗頻率。調整后觀察發現反應沉淀池渾濁、3#超濾投運時頻繁自動跳步反洗現象逐步減少，3#反滲透一段壓差上升速度也大大降低。超濾、反滲透本體進水側絮凝雜質也大大減少。

根據環境溫度更改PAC加藥控制的同時，也可優化反應沉淀池等設備來減少溫降對PAC活性的影響：①反應沉淀池地面上的管道增加保溫層；反應沉淀池上部增加密封性較好的封頂。這樣冬季避免反應沉淀池水溫下降過多；夏季也避免光照造成反應沉淀池絮凝區藻類、微生物滋養的現象。在減輕PAC澄清負擔的同時，也減少了反滲透的污染（在反滲透的諸多污染中，微生物污染是最嚴重的）。②泰州電廠江水由循環水管分別去化水預處理和凝汽器冷卻。凝汽器冷卻水回水（平均溫度20℃）經虹吸井排長江。將預處理來水由江水改為虹吸井排水，可避免溫降對PAC活性的影響，確保制水設備的穩定運行。

5 結語

采用PAC作為混凝劑處理長江水時，加藥量的控制需考慮到環境溫度對藥劑反應速度的影響。低溫會降低PAC的活性，故需適量提高PAC的加藥量來預防反應沉淀池的水質受到影響。

反應沉淀池出水殘余的PAC在板式換熱器投運后會二次絮凝直接影響超濾、反滲透運行工況。通過對超濾膜壓差、反滲透產水量變化趨勢分析，來確認反應沉淀池產水中是否有殘余PAC，并依此優化調節PAC的加藥量及加藥濃度。