郑州燃气发电有限公司全膜法化学水处理系统优化技术报告

牛长军

摘 要：文章介绍了郑州燃气电厂化学水处理设备运行中遇到的异常问题，并针对异常问题进行的化验分析，得出了初步的解决方案。希望通过文章的分析，能够对相关工作提供参考。

关键词：郑州燃气电厂；化学水处理；自来水；有机物；解决思路；管理

1 概述

郑州燃气发电有限公司锅炉补给水处理系统采用的水源为郑州市高新区市政自来水，系统采用碟片式过滤器+超滤+两级反渗透+EDI处理形式，其中反渗透装置采用的是芳香聚酰胺复合膜元件，超滤膜采用的是中空纤维膜元件。该系统从2014年起逐渐出现以下问题：

（1）原水（自来水）水质波动较大，初步判断水中存在大量的微生物，对超滤、反渗透的正常运行产生不利影响，需要对原水水质进行深度分析。

（2）超滤装置运行压力和压差增大，需要频繁进行化学清洗。2015年9月，已更换了#1、#2超滤装置的膜元件。

（3）反渗透前的保安过滤器及一级反渗透膜元件的压差频繁增大，从2015年2、3月份起，保安过滤器滤芯平均运行10天左右即失效（最短只能运行一周时间），必须更换；每10天左右必须在线清洗反渗透膜。

为彻底解决以上问题，我们从2015年2月起，连续3个季度对化学水处理的水源情况、系统的运行状况进行了取样分析、调查和评估，初步理清了解决思路。

2 水质分析情况简介（表1）

3 超滤、反渗透系统异常原因分析

超滤出水和自来水的CODMn含量几乎相同，但经过超滤水箱后，从反渗透进水取样，CODMn含量成倍升高（#1反渗透进水升高为超滤出水的2.5倍，#2反渗透进水升高为超滤出水的2.3倍）。由此可见，超滤水箱及其前后连接管道中已经发生了微生物污染，超滤水箱和连接管道的内壁上极有可能生成了生物黏膜。导致超滤装置运行压力和压差增大、反渗透保安过滤器频繁污堵失效，被迫频繁清洗反渗透膜的主要原因是原水中含有较多的微生物、有机物，从而导致超滤、反渗透系统中发生了微生物污染。

原水中的微生物主要包括藻类、细菌、真菌（霉菌、酵母菌）及其芽孢、孢子和病毒等，这些微生物普遍存在于地表水中（包括市政自来水）。对于反渗透系统，生物污染物开始时易在反渗透系统前端形成污染物，随后扩展到整个反渗透系统。反渗透在运行过程中，浓水侧微生物的滋生速度是很快的，微生物分泌的黏性液体与膜表面截留的污染物一起形成黏性的污堵层，使膜的透水率大幅降低，形成反渗透膜元件的生物污染。生物污染导致反渗透组件间的进出口压差迅速增加，膜元件产水量下降。膜元件一旦产生生物膜，清洗就非常困难。因为生物膜的黏附力极强，很不容易清除。清洗后残留的生物膜将是运行后微生物再次繁殖的滋生地，细菌的再次繁殖速度将更快。因此，对于反渗透水处理系统，微生物的防治是预处理的最主要任务之一，尤其是对于以地表水或废水为水源的反渗透系统更是如此。良好的反渗透预处理工艺设计和有效的运行中杀菌处理是非常重要的。

4 解决思路

造成公司化学水处理系统的膜处理设备近一年多来频繁发生生物污染的根本原因是近一年多来自来水水源发生了变化，水中微生物及微生物的营养物质均有所增加。根据公司的具体情况，拟对反渗透的预处理工艺进行适当的技改，并提出两个技改方案：

4.1 方案A

方案A是在超滤装置和反渗透装置之间增设活性炭过滤器，并在超滤前投加氯系杀菌剂，如次氯酸钠或氯气，以控制超滤系统（含超滤水箱）中的微生物。

氯系杀菌剂能够使许多微生物快速失去活性。杀菌的效率取决于氯的浓度、水的pH值和接触时间。为了有效控制微生物的滋生，建议超滤进水的余氯含量控制在0.5～1.0mg/L范围内；反应时间控制在20～30min。氯的加药量需要通过调试确定，因为水中有机物也会消耗氯。采用加氯杀菌，最佳的pH值为4～6。

由于芳香聚酰胺复合膜反渗透膜元件的耐氧化性较差，对进水余氯有严格要求（不得大于0.1mg/L），因此必须设法消除反渗透装置进水中的余氯。活性炭过滤器具有吸附余氯的作用，活性炭是一种优良的还原剂，而余氯有很强的氧化性，因此活性炭对余氯的吸附不仅是一种物理吸附，并且伴随着氧化还原化学反应。活性炭吸附余氯的化学反应为：

2Cl2+C+2H2O→4HCl+CO2↑

由于上述反应的存在，活性炭过滤器对余氯的去除率很高，活性炭吸附Cl2非常迅速，Cl2在滤层中停留时间一般为1～2min已足够。但是，余氯对活性炭微孔的破坏也很严重。常见的问题是活性炭颗粒容易破碎形成碎末，不仅活性炭损耗大，而且炭末可能会带入活性炭过滤器的出水中。因此，不宜用活性炭直接吸附较高含量的余氯，应该预先加入还原剂（如NaHSO3），消耗掉大部分的余氯后，再利用活性炭吸附剩余的余氯。

活性炭过滤器在吸附水中余氯的同时还可有效吸附超滤出水中的有机成分，降低反渗透系统（含保安过滤器）中微生物滋生的风险。

4.2 方案B

方案B是在方案A的基础上，同时在超滤系统之前增加直流混凝过滤系统。该系统中的过滤器可采用多介质过滤器或PCF纤维过滤器，原有的碟片过滤器可以拆除。这是因为水源水质发生变化后，碟片过滤器的过滤效果难以满足超滤装置对进水水质的要求。碟片过滤器能够过滤去除水中的固体颗粒等悬浮物质，但对水中的胶体物质、微生物、有机物没有去除能力。

由于地表水水源中的微生物可视为胶体，带有负电荷，通过混凝澄清、凝聚过滤等手段可除去相当多部分的微生物。去除水中胶体物质（含微生物）的最佳水处理工艺是混凝+澄清+过滤工艺，最常用的混凝澄清设备是机械加速澄清池，但由于公司水处理车间不具备建造机械加速澄清池的场地条件，因此可以考虑采用直流混凝过滤，或者直接过滤的工艺。

《火力发电厂化学设计技术规程》（DL/T5068-2006）在水的预处理中指出，“地表水、海水预处理宜采用沉淀（混凝）、澄清、过滤。悬浮物含量较小时，可采用接触混凝、过滤或膜处理”。

直流混凝就是将混凝剂投加到一般过滤器的进水管道内，为了保证混凝剂在进入过滤器前能很好的和水混合，并完成水解过程，加药地点应设在水进入过滤器前至少50d（d为管径）距离处。

5 结束语

（1）郑州燃气发电有限公司化学水处理系统使用的原水为高新区市政自来水，该自来水的水质近一年多来发生了明显改变，有机物、微生物含量明显增加，其原因是高新区自来水的水源从原先的黄河“九五滩”深层地下水逐渐变成了地下水和黄河地表水的混合水。

（2）郑州燃气发电有限公司超滤、反渗透水处理系统发生的异常情况主要有：超滤运行压力、压差增大；反渗透保安过滤器频繁污堵失效，反渗透膜元件压差增大被迫频繁化学清洗等。发生这些问题的主要原因是原水中含有较多有机物、微生物，而现有预处理工艺缺乏去除有机物、微生物的有效措施，导致超滤、反渗透系统发生了生物污染：超滤膜、超滤水箱、连接管道、反渗透膜中生成微生物黏膜，仅靠化学清洗难以解决，问题不断重复发生。

（3）为了解决超滤、反渗透系统发生生物污染的问题，应采取必要的技改措施，增加能够有效去除水中有机物和微生物的工艺设备。同时，在日常运行管理方面必须采取若干针对性的措施来防止超滤、反渗透系统中微生物的滋生繁殖，预防微生物黏膜的形成。

参考文献

[1]巩耀武，管炳军.火力发电厂化学水处理实用技术[M].中国电力出版社，2006.

[2]李培元.火力发电厂水处理及水质控制（第二版）[M].中国电力出版社，2008.

[3]宁夏电力公司教育培训中心，国电电力武威发电有限公司.电厂化学设备及运行[M].中国电力出版社，2013.