超滤在平海发电厂海水处理中的应用

翁梓怀

摘 要：介绍了超滤装置在平海发电厂的实际应用情况，对超滤装置在平海发电厂海水处理中出现的问题提出解决办法。

关键词：超滤装置；海水；发电厂

1 概述

随着水处理技术的不断发展以及环境保护的要求越来越受到重视，水处理技术取得了一系列突破。以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新型的流体分离单元操作技术，近几年来在我国电力系统得到了巨大的应用。

平海发电厂2×1000MW机组化学采用了海水循环水进水作为原水水源，选用了目前国内先进的水处理方式：斜板沉淀池→精度为100μm的全自动自清洗过滤器→超滤装置→精度为5μm的滤芯过滤器→反渗透装置的水处理方式。其中，超滤装置是整个水处理过程中的关键，它的产水水质是否合格决定了反渗透装置能否正常运行。

2 超滤膜过滤的特点

超滤是一种流体切向流动并以压力驱动的膜过滤过程，按分子量大小来分离颗粒。超滤膜的孔径大约在0.002至0.1μm范围内。

超滤过程的分离机理主要有：（1）溶质在膜表面和微孔内的吸附；（2）粒径略小于膜孔的溶质在微孔中的停留，引起堵塞；（3）粒径大于膜孔的溶质在膜表面的机械截留，即筛分。其中筛分是超滤过程的主要分离机理。溶解物质和尺寸小于膜孔径的物质将随透过液透过膜滤，不能透过滤膜的物质被逐渐浓缩于排放液中。因此产水（透过液）中含有水、离子、和小分子的物质，而胶体物质、颗粒、细菌、病毒和原生动物将被膜去除。[1]

日本旭化成公司UNA-620A系列中空纤维超滤膜具有以下特点：

（1）高水通量：超滤装置可以达到250m3/h·组的产水量；（2）使用寿命长：旭化成公司以专有的技术生产的中空纤维超滤膜机械强度高并且耐化学药品腐蚀。在通常使用中，无需考虑化学药品腐蚀或生物分解等产生的膜破裂，NaClO的短时耐受性可达1000mg/L；（3）分离效率高：由于膜的孔径分布均匀，不管进水水质如何变动都可过滤出浊度小于0.01NTU的高品质水；（4）适用于高浊度进水：UNA系列膜组件具有独特得除浊构造，采用空气擦洗和反洗同时运行的维护系统（AS/RF），洗净效果高，所以对于高浊度水质的原水无需前处理就可以直接进行处理。

3 超滤装置运行流程

日本旭化成公司UNA-620A系列中空纤维超滤膜设计的运行参数如下：

（1）超滤装置的进水浊度≤5NTU；COD≤5mg/L；余氯≤1mg/L；温度≤40℃。

（2）超滤装置的出水质量及回收率；水的回收率：≥88%；浊度0.2NTU（在进水浊度≤15NTU条件下）；SDI<3。

（3）空气擦洗时反洗水量≤7.5m3/Hr，反洗上限压力≤300kPa；空氣擦洗时的空气量≤5Nm3/Hr，空气上限压力≤200kPa；反洗水中加入3～5mg/L浓度的NaClO。

（4）超滤装置跨膜压差>0.3MPa时进行维护性化学清洗。跨膜压差=（进水压力+浓水压力）/2-产水压力）

4 超滤装置运行中出现的问题及解决办法

经过长时间的运行观察，现就我厂超滤装置运行中出现的一些问题进行分析总结：

（1）必须做好超滤装置的停运保护，否则容易造成系统内微生物滋长[2]。若短期停运（2至3天），应每天反洗+正洗两次，防止细菌，微生物在膜表面繁殖而影响膜通量，若长期停运（7天以上），就要向装置注入保护液并密闭，每隔30天更换一次保护液，尤其夏天要防止微生物、细菌在膜表面滋生。因此，最好保持超滤装置每天运行至少1小时。

（2）超滤装置长时间运行后，我们发现超滤反洗水流量逐步下降，拆开超滤反洗保安过滤器后在内部发现大量的白色沉淀物，造成过滤器堵塞。经分析，我们判断此沉淀物为海水中钙镁离子在3～5mg/L的NaClO溶液下析出的沉淀。因此，我们调低反洗水中的NaClO浓度为2mg/L，这样既达到了杀死并剥离膜表面附着的微生物的效果，又能防止钙镁沉淀的产生。

（3）超滤装置管道为PVC塑料材质，稍一出现超压，就会发生泄漏甚至破裂，且检修不易消除。因此，我们在超滤装置的底部进水母管上增加了承载元件，并严格控制超滤装置的进口压力<0.15Mpa，保证了超滤装置的正常运行。

（4）海水中微生物滋长严重，尤其是在水温高的夏季，因此，我们在夏季运行时加大了NaClO的投药量，将超滤进水的余氯提高至1.2mg/L，保证杀菌效果；

（5）旭化成公司的设计参数中阐明超滤膜可以在跨膜压差>0.30MPa时才进行维护性化学清洗，但在实际运行过程中，超滤膜的跨膜压差上升至0.10MPa时，产水量就已经下降至100m3/h以下，超滤膜内污堵严重，需要进行维护性化学清洗，以恢复其性能。我厂采用的化学清洗方案大致如下：碱洗（碱洗液内加NaOH和300L的NaClO，碱洗过程中保持碱洗液温度40℃，pH>12，每隔20分钟超滤装置用压缩空气擦洗30秒），置换（使用反渗透的产水对超滤装置进行置换，直至水质显中性），酸洗（酸洗液内加HCl，酸洗过程中保持酸洗液温度40℃，pH<2，每隔20分钟超滤装置用压缩空气擦洗30秒），置换（使用反渗透的产水对超滤装置进行置换，直至水质显中性）。经过化学清洗后，超滤装置的产水量能得到完全恢复，跨膜压差由0.1Mpa降至0.02Mpa，效果明显[3]。

（6）在长期的运行过程中，我们发现即使控制超滤装置的进水浊度≤5NTU、COD≤5mg/L、余氯≤1mg/L，超滤装置的化学清洗周期仍然比较短，约一个月就需要进行一次维护性化学清洗。经过分析，判断这可能是因为海水的浊度较小，密度较大，而且斜板沉淀池里的水存在冷热层对流，导致海水中的大分子有机物或者胶体颗粒有时无法在斜板沉淀池中有效地絮凝沉降下来，继而进入超滤装置，部分粒径与超滤膜膜孔近似的大分子有机物胶体微粒或者胶体颗粒恰好卡在膜孔中，造成超滤膜过滤孔堵塞。因此，我们根据海水的水质积极地调整斜板沉淀池的聚合氯化铝投药量和活性淤泥排放量，超滤装置的进水水质控制得比旭化成公司的设计值更为严格，严格控制超滤装置的进水浊度≤2NTU，同时我们保持超滤装置高强度的反洗操作，控制反洗水量和压缩空气擦洗量在高限位，尽可能地将卡在膜孔中的微粒冲洗出来。经过我们的精心调节，超滤装置的化学清洗周期能达到两个月，效果明显。

5 结束语

在我们的精心维护下，尽管超滤装置已经运行了五年的时间，但是超滤膜的水通量依然很高，而且产水浊度一直小于0.2NTU，对反渗透起到了很好的保护效果，大大降低了后续处理过程的投资的运行成本，延长了反渗透和离子交换系统的运行周期，提高了我厂水处理整体系统的运行稳定性、经济性，切实做到了节能降耗。

参考文献

[1]W.Ruppricht，Th.mullrick.Ultrafiltration-A Safe and Cost-effective Process for theProduction of Boiler Feedwater[J].VGB PowerTech 2004，84（9）：26-27.

[2]许振良.膜法水处理技术[M].北京：化学工业出版社，2001：1-10.

[3]刘琼.超滤装置的化学清洗[J].热力发电，2007，8（24）：91-93.