反渗透技术在热电企业中水回用中的应用宁波众茂杭州湾热电有限公司

1反渗透技术在热电企业中水回用中的应用王意兴（宁波众茂杭州湾热电有限公司邮编315336联系电话：1356635901786337013）【摘要】：杭州湾热电有限公司取用污水处理厂的二级出水，经过中水预处理、超滤处理、一、二级反渗透处理和混床处理等，产出合格的锅炉用除盐水。介绍了反渗透水处理系统的工艺流程和技术特点，对运行过程中遇到的问题进行了分析，并阐述了相应的措施。【关键词】：中水预处理反渗透系统运行控制0引言热电联产企业是用水大户，杭州湾热电公司地处杭州湾新区，水资源短缺。为解决水源问题，杭州湾热电采用反渗透水处理工艺回用污水处理厂的二级出水，进行中水预处理、超滤处理、一、二级反渗透处理和混床处理等，产出合格的锅炉用补给水，实现中水回用。反渗透技术是20世纪60年代初发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。反渗透膜能有效去除各种离子，脱除可溶性的盐份，对低分子有机物去除率较高。同时由于反渗透技术具有组件化、自动化程度高、流程简单、操作方便等优点，因此在水处理中得到了广泛的应用。杭州湾热电公司采用反渗透水处理技术在满足公司用水同时，可以避免传统离子交换水处理工艺由于离子交换再生所产生的大量废酸、碱及中和所需的酸、碱的排放对环境的污染；还可以降解中水较高的COD、BOD环保指标，消解中水中有机物对水体的污染状态。为社会、为企业创造了效益。1中水水源及水质资料杭州湾热电公司所用中水取自附近的污水处理厂的尾水，该污水处理厂来水以工业污水为主，并包括企业排放的小部分生活污水，由于杭州湾新区区域由海滩涂围垦改造而成，虽中水做到了达标排放，但水质总体上具有电导率高，有机物含量高、易结垢等特点。表1污水处理厂尾水的水质：编号名称符号含量单位1pH值(25℃)pH7.482全固溶物2.03×103mg/l3溶解固形物2.02×103mg/L4悬浮物102mg/l5全硅SiO211.39mg/l6活性硅SiO210.77mg/l7非活性硅SiO20.47mg/l8化学需氧量COD（cr）65.52mg/l9钙离子1/2Ca2+2.17×102mg/l10镁离子1/2Mg2+46.26mg/l11钠离子Na+4.96×102mg/l12钾离子K+21.48mg/l13铁离子1/3Fe3+0.01mg/l14氯离子Cl-9.31×102mg/l15硫酸离子1/2SO42-2.34×102mg/l16硝酸离子NO3-6.42mg/l17重碳酸离子HCO3-2.97×102mg/l18碳酸离子1/2CO3-0mg/l219总硬度7.31mmol/l20总碱度（以CaCO3）4.861mmol/l21电导率4000μs/cm2反渗透水处理工艺流程及技术特点：杭州湾热电采用“絮凝沉淀＋863过滤装置＋超滤”的预处理工艺和“双级反渗透＋混床”的脱盐工艺，在2007年底建成第一套1×100m3/h反渗透水处理装置并投入运行，至2011年反渗透水处理出水规模达到4×100m3/h。反渗透水处理工艺完全能满足出水水质达到锅炉补给水要求，混床出水电导在0.06μs/cm左右。污水处理厂排水口中水取水泵斜管絮凝、沉淀池863过滤器自清洗过滤器超滤(UF)装置保安过滤器一级RO高压泵一级RO装置二级RO高压泵二级RO装置混床除盐水加热器次氯酸钠聚合氯化铝图1反渗透水处理工艺流程2.1预处理系统反渗透膜对进水水质要求较高，因此中水需进行预处理。中水在网格絮凝沉淀池的絮凝区加入絮凝剂（聚合氯化铝）和氧化剂（次氯酸钠）起到絮凝和杀菌作用，出水得到净化。再经过863高效过滤器过滤后，其出水水质达到：pH：7.0～9.0，悬浮物≤25mg/L，化学耗氧量≤15mg/L，浊度≤5NTU。超滤装置（UF）的配置确保反渗透一级RO进水的水质，利用超滤装置绝对过滤的能力，保证其出水水质稳定且不受进水水质波动的影响，进而延长反渗透膜的运行周期和使用寿命。超滤膜元件选用欧梅塞尔公司SFR2860型外压式中空纤维膜，膜材质为抗污染的PVDF（聚偏氟乙烯）。其出水污染密度指数SDI≤3，可以完全满足反渗透装置进水的SDI值必须小于5的要求。2.2一、二级反渗透（RO）装置由于中水具有的高电导率，为达到锅炉补给水水质要求，必须采用了二级反渗透加混床工艺。反渗透膜型选用陶氏公司的产品，一级反渗透膜元件的设计平均通量19.5L/m².h，采用BW30-365FR型抗污染复合膜元件；二级反渗透膜元件的设计通量29.9L/m².h，采用BW30-400型复合膜元件。反渗透装置膜组件均按一级两段方式排列，选用内装6支膜元件的压力容器元件。单套100m3/h反渗透装置，一级反渗透两段18：10排列，为168支膜，单支膜设计产水量为0.66m3/h，单套总出力可达到110m3/h。二级反渗透两段11：4排列，为90支膜，单支膜设计产水量为1.11m3/h，单套总出力可达到100m3/h。反渗透系统脱盐率≥95%。再经混床处理，出水水质达到电导在0.06—0.20μs/cm，SiO2≤0.00002‰，硬度≈0。由于反渗透复合膜对余氯十分敏感，总累积承受力仅为1‰/小时。所以，必须投加过量的还原剂NaHSO3(亚硫酸氢钠)，彻底还原进水中的余氯，以防止杀菌剂对膜氧化造成反渗透膜脱盐率的下降直至失去脱盐功能。阻垢剂加药装置的作用是在经过预处理后的中水进入反渗透系统之前，加入高效率的专用阻垢剂，以防止反渗透浓水侧产生结垢。由于反渗透膜不能脱除溶于水中的二氧化碳，在二级反渗透的进水管上设置一套加碱装置调节二级反渗透的进水pH值，通过调节二级反渗透装置进水的pH值来控制水中CO2的含量，使水中3的CO2与NaOH反应生成HCO3－以提高二级反渗透系统的脱盐率。由于超滤、反渗透膜长期运行会产生污堵问题，还须配置清洗装置，以实现不同的污堵用不同方式进行维护性清洗。3控制系统与控制设备概述反渗透装置采用GE公司的PLC控制系统，CPU用9030系列双机热备冗余。数字量输入输出采用中间继电器隔离，模拟量输入信号采用隔离模块。整体实现对各水泵、加药装置、超滤系统、RO系统等整个工艺系统的集中检测、监视、自动程序控制，并可根据实际情况需要实现自动和手动操作。3.1主要控制回路基于PLC控制的变频器选用施耐德等系列产品。满足水泵各种运行工况的要求，包括软启动、控制变速或定速带载运行、正常停机以及紧急停机等。变频器及其辅助设备，有良好的可控性能、合理的运行操作方式及就地起停、调试和正常及事故情况下所必须的测量、控制、调节保护及报警等设施，以保证各水泵的安全经济运行。3.1.1水泵控制回路清水泵、超滤水泵、一级RO产水泵、二级RO产水泵等均根据相应的水箱液位控制启停，同时联锁整个系统设备的启停。RO装置的高压泵进出口均装有低压和高压保护开关。当供水量不足使高压泵入口的水压低于某一设定值（通常为0.05～0.08MPa）,会自动发出信号停止高压泵运行,保护高压泵不在空转情况下工作。当系统因其它的原因或误操作，使高压泵的出口压力超过某设定值时（通常为1.8～2.0MPa），高压泵出口压力保护会自动切断高压泵供电，同时停运相应的RO装置，保护系统设备不受损害。RO高压泵可变频启停，防止高压泵突然启动升压，产生对RO膜元件的高压冲击破坏反渗透膜。3.1.2加药控制各加药计量泵的启停实现与对应水泵的启停联锁控制。根据水量实现自动比例调节，也可以根据水质进行人工冲程调节。3.1.3超滤系统控制超滤系统（UF）的启动、运行、反洗、停机备用等过程均可由PLC实现自动控制。同时，超滤系统设置就地控制表盘，在就地盘上可读出超滤的有关工艺参数，并能在就地操作盘上操作相关的自动阀门。UF装置的产水管设置高压保护开关，当产水自动阀门故障或误操作，使UF装置压差超过某设定值时（通常为0.2MPa），停运相应的UF装置，保护设备不受损害。3.1.4反渗透系统控制RO系统的启动、运行、冲洗、停机备用等过程均可由PLC实现自动控制。同时，RO系统还设置超滤系统设置就地控制表盘，在就地盘上可读出反渗透装置的有关工艺参数，并能在就地操作盘上操作相关的自动阀门。在RO停止使用时，对RO膜组件自动冲洗，以避免浓水中的高浓度盐类在RO膜表面沉积结垢而影响膜的性能。3.2系统仪表现场仪表包括温度、压力、液位、流量、在线分析仪表等。分析仪表有电导率、pH表、ORP表、浊度仪等检测仪表等。选型原则是满足工艺要求、质量可靠。4反渗透装置运行情况及影响参数的主要因素反渗透膜的水通量和脱盐率是反渗透水处理过程中关键的运行参数，这两个参数将受到压力、温度、回收率、给水含盐量、给水pH值因素的影响。4.1压力。给水压力升高使膜的水通量增大，压力升高并不影响盐透过量。在盐透过量不变的情况下，水通量增大时产水含盐量下降，脱盐率提高。在水通量不变情况下，压力升高，膜水通量相应下降，膜会由于污堵等原因造成压力上升。运行中过高压力会造成膜损坏。44.2温度。即反渗透进水温度，进水温对RO的产水流量影响较大，水温每变化1℃，在进水压力不变的情况下，其产水量大致增减2.7%左右。如果在配置相同的情况下温度降低，则需要更高的进水压力来保证反渗透产水量恒定；而在反渗透系统配置、回收率及进水溶解性总固体TDS不变的情况下，为了保持恒定的产水量，则系统进水压力随温度的降低而提高。本系统在超滤装置前设置的加热器，设计温度按25℃考虑，保证反渗透装置进水温度不低于20℃。温度对反渗透的运行压力、脱盐率、压降影响最为明显。温度上升，渗透性能增加，在一定水通量下要求的净推动力减少，因此实际运行压力降低。同时溶质透过速率也随温度的升高而增加，盐透过量增加，直接表现为产品水电导率升高。温度对反渗透各段的压降也有一定的影响，温度升高，水的粘度降低，压降减少，对于膜的通道由于污堵而使湍流程度增强的装置，粘度对压降的影响更为明显。4.3回收率。回收率对各段压降有很大的影响，在进水总流量保持一定的条件下，回收率增加，由于流经反渗透高压侧的浓水流量减少，总压降降低，回收率减少，总压降增大，实际运行表明，回收率即使变化很小，如1%也会使总压差产生0.02MPa左右的变化。回收率对产水电导率的影响取决于盐透过量和产水量，一般说来，系统回收率增大，会增加浓水中的含盐量，并相应增加产水的电导率。4.4进水含盐量。对同一系统来说，给水含盐量不同，其运行压力和产品水电导率也有差别，进水含盐量每增加0.1‰，进水压力需增加约0.007MPa，同时由于浓度的增加，产品水电导率也相应的增加。4.5pH值。各种膜组件都有一个允许的pH值范围，即使在允许范围内，pH值对产水的电导率也有一定的影响，这是因为反渗透膜本身大都带有一些活性基团，pH值可以影响膜表面的电场进而影响到离子的迁移，另一方面pH值对进水中杂质的形态有直接影响，如对可离解的有机物，其截留率随pH值的降低而下降。5反渗透运行中遇到的的问题及原因分析反渗透系统自2007年底投产以来，总体运行情况良好，但也存在一定的的问题，特别是受原水水质恶化影响反渗透膜一段压差上升快，易污堵和反渗透膜及超滤膜结垢，清洗效果差问题最为突出。5.1反渗透膜一段压差上升快，易污堵问题反渗透系统自投运以来，一直存在反渗透膜一段压差上升快，保安过滤器滤芯的更换频率快，反渗透膜及超滤膜运行周期短、清洗频率快的问题。特别是每年3月中下旬开始至10月中下旬，保安过滤器滤芯的更换频率最短达到4~5天更换一次，反渗透膜一段压差上升很快，一级反渗透膜清洗频率最短达到10~15天需要在线酸碱清洗，甚至需要离线清洗或倒换膜元件位置才能满足运行要求，严重制约产水量。5.1.1原因分析通过现场检查和原因分析，影响系统运行的主要问题是有某种污染物质进入反渗透装置，并且主要污染了一段膜的流道，导致反渗透装置压差上升迅速。同时该污染物也大量积聚在保安过滤器滤芯表面，导致滤芯频繁更换。通过在加药后的污染密度指数SDI测试点进行检测，发现SDI偏高，达到4.5左右，而且在检测SDI后，让水持续流过膜面，经过一小时后，膜面上呈现出明显的