摘要：反渗透技术是一种以压力差为推动力，从含盐水中分离出纯净水的膜分离技术。具有脱盐效率高、运行成本低、操作简单、占地面积小等优点。被广泛应用于火电厂脱盐水处理当中。当系统出现污染,应及时分析原因并有针对性地进行处理,避免造成长期不可逆的损伤。本文以南方某电厂地表水反渗透系统为例,针对该系统的运行情况进行了多角度的分析,并通过针对性清洗使系统恢复了正常,同时提出了长期稳定运行的维护建议。
关键词：反渗透；地表水；污堵分析；化学清洗
1反渗透系统工艺
某电厂采用地表水作为锅炉补给水源经机械搅拌澄清、活性炭过滤之后,通过保安过滤器进入反渗透设备进行预脱盐处理,然后经阴阳离子交换深度处理用作锅炉补给水。该地表水进水浊度、总硬度、总碱度、活性硅、COD较高,易引起反渗透系统结垢、颗粒物、胶体和有机物污染。澄清过程采用机械搅拌将水和混凝剂充分混合并使泥渣循环,利用接触凝聚的原理去除水中的悬浮胶体颗粒,出水浊度控制在0.5NTU以下,沉降比控制在10%机械搅拌澄清池澄清效果易受原水水质、混凝剂投加量、水温、水力条件等因素影响。活性炭颗粒小、比表面积大、孔隙多,对水中的有机物有较强的吸附力。当机械搅拌澄清池出水进入活性炭过滤器时,水中的有机物、微生物、余氯和硅胶体等颗粒物被吸附拦截去除。活性炭的吸附以物理吸附为主,是可逆的,通过一定时间的反冲洗即可恢复活性炭滤层的吸附性能。由于地表水中有机物种类繁多、分子大小不一,活性炭过滤器并不能去除水中的杂质。
2反渗透系统运行情况
利用DOW公司标准化程序FTNORM对运行数据进行标准化处理。2017年3月开始,反渗透系统脱盐率急剧下降,压差逐渐升高。5月初开始,产水流量开始降低,脱盐率和压差升高。这些现象说明,反渗透系统出现了严重的污染,亟需査找问题原因,使反渗透系统恢复正常。浓缩后LS为1.243,碳酸钙结垢风险较大。现场检查发现,加药计量泵在此期间频繁出现故障,阻垢剂未能按照设计的浓度投加,二段后端膜表面极易发生碳酸钙结垢。现场测试各压力容器产水电导(图1),二段各压力容器产水电导均异常偏高。拆解反渗透装置,结果发现二段膜壳表面有明显的白色沉淀物质。对末端膜元件进行称重,膜元件(原重14.5kg)增重38%。将白色物质溶于盐酸,有大量气泡产生并完全溶解,进一步分析溶液中子成分,主要为钙离子,表明膜内及膜表面形成的垢主要成分为碳酸钙垢。
图1各压力容器电导
2.1微生物有机物污堵
系统主要表现为压差的显著增加、脱盐率的升高和产水量的降低,微生物有机物污堵的倾向较大。受季节影响,每年6月~8月地表水中微生物随着温度的回升开始大量繁殖,容易引起微生物和有机物污堵。现场了解运行人员仅在机械搅拌澄清池中投加次氯酸钠控制微生物,从未对膜系统进行过杀菌消毒处理。随着系统运行时间的延长,反渗透膜表面极易产生生物膜污染,并进一步产生生物黏泥污堵系统。通过检测反渗透系统各环节细菌量,发现浓水中细菌数异常偏高,说明系统已发生生物污染。
2.2金属氧化物污堵
进一步分析滤芯污堵情况,通过三维视频显微镜,观察保安过滤器滤芯内部的污堵物,可以看到大量颗粒物。用盐酸将这些附着物浸出后进行元素分析,其中Fe、Al、Si的含量较高,确定为金属氧化物污堵。反渗透进水中含有Fe、A1时易导致金属氧化物污堵。现场采用聚合氯化铝作为混凝剂,在进水温度较低时,混凝反应变慢,残留的聚合氯化铝分子会进入反渗透系统。阳离子型絮凝剂会与阴离子的硅酸根离子和阻垢剂分子发生反应并形成凝胶,快速污堵保安过滤器和反渗透膜。
3在线化学清洗
3.1清洗药品
(1)非氧化杀菌剂有效成分为DBNPA,作为种有效的光谱杀菌剂,可以快速破坏反渗透膜表面的生物膜,去除膜元件和管壁内附着的细菌黏液,且不会对反渗透膜造成损伤。
(2)碱性清洗剂选用PWT公司提供的Lanasol7,可以有效清除淤泥、胶体、有机物、黏液性物质和费酸溶性物质,对反渗透膜损伤较小。
(3)酸洗清洗剂为0.2%的盐酸和1%草酸溶液。盐酸溶液可以有效溶解碳酸盐垢,草酸具有较强的络合能力,可以有效络合Fe”、Al,针对金属氧化物污堵具有较好的清洗效果。
3.2清洗方法和注意事项
根据系统存在化学结垢、微生物有机物和金属氧化物污堵的复合污堵情况,采用分段清洗、循环浸泡的方法。先进行整体杀菌处理,然后进行碱洗和酸洗。碱洗先洗一段,酸洗先洗二段,每次循环2h后浸泡1h。
3.3清洗效果评价
化学清洗过程中发现,碱性清洗液逐渐变为黑褐色,酸性清洗液逐渐变为黄绿色。对洗脱液进行检测分析,检测结果表明,洗脱液中总硬度、COD、Fe、Al、Si含量较高,进一步说明了系统存在结垢、有机物和金属氧化物污堵。此次清洗后,同等进水压力下,一段压差下降了0.08MPa,二段压差下降了0.18MPa,总产水流量增加了10%,总脱盐率恢复到92.84%,清洗效果明显。
4反渗透系统运行维护建议
4.1预防碳酸钙垢
(1)定期监测反渗透系统进水中Ca2和碱度的变化,并及时调整阻垢剂投加量,按照设计浓度投加阻垢剂。
(2)定期检查加药系统是否正常运行,发生计量泵停止运转或者管道污堵的情况,应及时进行整修。
(3)通过在反渗透系统进水中投加适量的盐酸调节进水pH,控制进水p值<8.2。
(4)定期清洗反渗透系统,防止发生重度结垢,从而对反渗透膜造成不可逆的损失。
4.2预防微生物污染
机械搅拌澄清池中次氯酸钠的投加量需维持出水口余氯在0.3~0.5mg/L,并保证反应时间在30min以上。有机物作为微生物的营养物质,吸附到膜表面后容易滋生细菌,进水中有机物含量升高时,应提高次氯酸钠的投加量,保证杀菌效果。春夏季节微生物繁殖较快,每周对膜系统进行一次冲击式非氧化杀菌处理,可以有效预防生物膜污染的发生。
4.3预防金属氧化物污堵
预处理采用铁系或铝系混凝剂时,评价混凝效果的同时也要监测余铁或余铝的浓度。定期检查预处理管道、设备或零部件是否有腐蚀发生,发现腐蚀应及时处理。反渗透系统进水中硅酸盐含量较高时易发生硅酸铁或硅酸铝沉淀，选用可以防止Fe、Al污染的阻垢剂。
结论
对地表水反渗透系统污染原因进行了分析,结果表明,阻垢剂投加不及时易导致反渗透末端结垢,预处理过程中杀菌不彻底易引起微生物污染,絮凝剂投加过量易导致金属氧化物污堵。对该反渗透系统进行在线化学清洗后,同等进水压力下,一段压差降低了0.08MPa,二段压差降低了0.18MPa,产水流量增加了10%,脱盐率恢复到92.84%,取得了良好的清洗效果。同时,为保证反渗透系统长期稳定运行,应采取以下措施。夏季地表水容易滋生细菌微生物,原水中次氯酸钠的投加应使机械搅拌澄清池岀水余氯维持在0.3~0.5mg/L,以保证预处理杀菌效果,避免反渗透系统发生微生物污染。调整预处理工艺,确保机械搅拌澄清池出水中不会残留Fe、Al、Mn、Si等金属氧化物和胶体颗粒。反渗透系统的运行维护应以预防污染为主,实时监测系统运行数据,出现问题及时处理,以此延长反渗透膜的使用寿命,降低系统运行成本。
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论文作者:王耀杰,张伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：反渗透论文; 系统论文; 有机物论文; 微生物论文; 脱盐论文; 氧化物论文; 地表水论文; 《电力设备》2019年第4期论文;