摘要：反渗透（reverse osmosis，RO）是一门先进的膜分离技术，具有净化效率高、操作方便、环境友好等特点，在锅炉补给水系统中应用广泛。该文针对某电厂RO系统 在实际应用中存在的问题进行深刻分析，并通过对城市 再生水进行预加热以提高RO进水温度。
关键词：锅炉补给水；反渗透（RO）；流量异常；操作压力高；低pH值
0 引言
反渗透（reverse osmosis，RO）作为一种成熟的水处理工艺，占地面积小，产水水质好，操作维 护简单，自动化程度高，用于传统制水系统时，大大减少了深度除盐（阴阳混）设备的酸碱耗量，增加了设备的运行周期；用于全膜法制水系统时，满足了连续电除盐（electrodeionization，EDI）高进水水质的要求，使整套系统安全高效的运行。基于以上优势，RO 在电厂锅炉补给水系统中得到了广泛的应用。根据 DLT 5068—2014《发电厂化水设计规范》，原水含盐量超过400 mg/L时，宜 采用RO预脱盐工艺。
1 原理
反渗透是渗透的逆过程，其原理是在半透膜隔开的浓水侧施加一个超过渗透压差的外压，驱使一部分水分子沿渗透相反的方向穿过半透膜进入淡水侧，从而在浓盐水中获得淡水。RO预除盐有2个必要条件：一是盐水与淡水两侧的外加压力差大于溶液的渗透压差；二是必须有一种高透水性、高选择性的半透膜。RO膜的孔径特别小（小于1nm），其脱盐率能达到 97%以上，回收率在75%以上，对水中的溶解性固体、胶体和有机物也有很高的去除率。
2 工艺流程
某锅炉除盐水处理装置设计能力为 65 m3/h 的超滤两套、45 m3/h的反渗透两套，处理对象为工业水。工业水经双膜及混合离子交换床脱盐处理后满足锅炉用水标准，供给循环流化床锅炉使用。近年来不断进行能量优化改造，并且进行燃气锅炉改造，除盐水需求不断降低，装置采用间断运行方式，年处理新鲜水量约24万吨，反渗透进水量约22万吨。装置主要组成：石英砂过滤器、叠片过滤器、超滤装置、保安过滤器、反渗透装置、混床。生活水和反渗透浓水首先通过石英砂过滤器、叠片过滤器进行预处理，再通过超滤反渗透装置，最后再进入混床深度脱盐为锅炉提供给水。
3 存在问题分析
3.1 产水流量异常及分析
该锅炉除盐水处理装置运行期间，RO正常运行时产水流量由夏季 44.9 m3 降低至冬季42.6 m3，为了保证反渗透产水率，必须调节高压泵将RO入口压力提高，以使产水流量和浓水流量符合设计要求。最终冬季RO系统各段的压力（产水压力除外）明显比夏季相对应的压力高0.1 MPa以上，增加了设备的负担，造成了无谓的设备损耗，缩短了设备的使用寿命（冬夏季压力对比见图1）。
有研究表明，温度对RO膜通量的间接影响主要通过膜体形变以及水体黏度、表面张力等膜体及水体参数得以实现。温度升高，水的黏度和表面张力减小，膜的形变增大，这3个因素对膜通量都有正向作用，使RO装置的产水量增大。以水温25 ℃为标准，每下降1 ℃时产水量将减少约3%。RO装置的设计温度一般在25 ℃左右，但是在我国的北方地区，冬季地表温度常年在-10 ℃以下，尤其抚顺地区冬季最低温度更是达到-30℃，如此低的进水温度会使RO装置的产水量急剧减少，因此需要对RO的进水预加热
3.2 停机冲洗后pH值异常及分析
为避免反渗透膜系统氧化，导致脱盐率下降，一般的反渗透膜厂家要求反渗透进水的余氯要≤0.1ppm，部分膜厂家的膜元件型号要求余氯未检出，因此在反渗透系统前需要加入还原剂，保证进入系统的水中余氯在厂家要求范围内。还原剂采用亚硫酸氢钠溶液，药剂配比浓度10%-30%，根据现场还原剂加药泵的量程，选择还原剂的配比浓度为20%。加入还原剂RO 进水的pH值维持在6.0左右，可有效防止余氯过高，并且有助于提高回收率。如图2所示，RO停机冲洗后，进水管段pH值常在2.0左右。此pH值低于RO 膜的忍耐限度，需要手动启泵通过RO进水排放阀将低pH值的进水排掉。停机后将加药管路与RO入口管路连接处断开，发现加药管内无残余药液，说明由于虹吸作用使加药管内的亚硫酸钠等药品被吸入RO进水管道，当亚硫酸氢钠被氧化时，会生成硫酸和硫酸钠，导致 pH 值异常低；并且由于加药泵出力偏小，再次启动RO时，需要很长的时间再让药液充满加药管路，导致药液不能及时的加到RO进水中。
3.3保安过滤器滤芯运行时间缩短分析
保安过滤器是安装在反渗透高压泵之前的一种过滤器。过滤器内部安装有过滤精度为5 μm的滤袋，水通过滤芯时，大于5 μm的颗粒物被有效截留，从而对高压泵及反渗透膜起到保护作用。当滤芯表面截留的物质达到一定程度后就会将微孔堵塞，过水量降低，保安过滤器进出水压差增加。为了保证高压泵的正常运行，规定保安过滤器的进出口压差大于0.15 MPa时，需更换滤袋。保安过滤器运行一段时间发现更换滤袋的频率增加，运行周期缩短，打开保安过滤器，发现滤袋上附着一层红褐色的污染物，有黏滑感觉，并且有腥味，污染物附着在保安过滤器的滤袋内部，造成压差升高。取更换的滤袋表面的污染层取样，放入烧杯观察，部分污染物可以被酸溶解，部分可以被碱溶解，还有部分酸碱均不容的颗粒物，再加上污染的滤芯表面的感官特征，说明主要污染物为：Fe的化合物、微生物、砂石等。检查发现保安过滤器入口蝶阀密封蝶板材质为碳钢，拆检发现蝶般腐蚀生锈；2017年大检修发现超滤水箱内积有少许的泥沙。超滤产水先进入超滤水箱，再经过增压泵进入保安过滤器。系统已运行多年，风沙吹过超滤水箱时难免回从呼吸孔进入箱体内，并且沉入底部；另外，超滤水箱投入式液位计法兰与水箱法兰不匹配，存在缝隙，下雨时雨水将砂石冲入超滤水箱。进入超滤水箱的砂石经增压泵进入保安过滤器，最终被滤袋截留。
4 设计缺陷改进
曾有电厂为了及时加热，避免水流动过程中的热损耗，在超滤的产水管段设置预加热装置，但是发生了因超滤产水的不连续性导致温度过高而烧毁超滤产水管段衬胶的事故。综合考虑，应设置生水加热装置以提高设备进水温度。通过对进入清水箱之前的工业水与蒸汽混合加热，且维持各水箱液位之间的动态平衡，避免水在清水箱或超滤水箱长时间储存，在保证系统设计流量的情况下，维持温度在25℃左右，使RO各段压力明显降低。
在加药管路末端加装背压阀可以有效防止停机后因虹吸导致入口管路pH值低的现象，无论 RO运行或停止，加药管路会一直带压（0.4 MPa左右）。常见的RO 加药管是UPVC或PPR管，23 ℃时，UPV或PPR管的最小耐爆破压力为1.6 MPa，远远大于0.4 MPa，故可以增加背压阀。
将保安过滤器的入口阀门更换为衬胶防腐材质蝶板的蝶阀，检修过程中将超滤水箱内的泥沙彻底清除，增加呼吸口的长度，更换超滤水箱与液位计相匹配的法兰防止泥沙吹入或被雨水冲入超滤水箱，另外调整非氧化杀菌剂的投加量，抑制微生物的生长。
5 缺陷改进后实施效果
通过对设计缺陷改进，不仅解决了冬季 RO运行压力高的问题，而且停机冲洗后进水管段 pH 值也未异常降低，无需额外人为控制冲洗，此外保安过滤器滤袋更换周期延长，带来经济效益。
论文作者:张德余
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/29
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