海水淡化微生物控制的运行优化

刘军，陈勇强，孙景建

（辽宁红沿河核电有限公司，辽宁省 瓦房店市 116319）

0 引言

我国是一个缺水严重的国家，随着工业和城市的迅速发展，需水不断增加，出现了供水紧张的局面，水资源的保证程度已成为某些地区经济开发的主要制约因素。2015年我国海水淡化产能规模达 73.76万t/日，占产能的73%；总体以工业用水为主，2015 年工业用水工程规模为 67.73万t/日，占工程规模的 67%。随着水资源紧缺问题突显以及国家的重视，海水淡化发展前景广阔。辽宁红沿河核电厂海水淡化系统是国内核电站首个海水淡化项目，该项目采用两级反渗透膜法海水淡化工艺。作为红沿河核电厂唯一的水源，该系统从根本上解决了红沿河核电厂所在地淡水资源缺乏的问题，也为有效解决沿海核电站淡水资源缺乏问题开辟了新路[1-3]。

1 系统原理

辽宁红沿河核电厂海水淡化系统的主要工作原理：海水首先在混凝沉淀池加入聚合铝及次氯酸钠进行初步处理；之后经过滤池、超滤等装置进一步过滤，超滤产水再经过加药处理后进入一级反渗透，除去99%以上的盐分，最后进入二级反渗透进一步脱盐。二级反渗透产水经过离子交换树脂处理后的除盐水，供核电站机组使用。

其中一级反渗透进水来自超滤产水箱，经过一级反渗透提升泵，加入还原剂(亚硫酸氢钠)和阻垢剂，在管道混合器混合均匀后进入保安过滤器，在保安滤器后加非氧化性杀菌剂，经过管道混合器后，一部分海水经过高压泵，另一部分海水经过能量回收装置及增压泵后与经过高压泵的海水汇合，进入一级反渗透装置，一级反渗透装置的浓海水经能量回收装置交换压力后，变为低压浓海水排放。其工艺流程如图1、图2所示。

图1 红沿河海水淡化系统流程简图Fig. 1 Red River desalination system

图2 红沿河一级反渗透系统流程简图Fig. 2 The first stage reverse osmosis system along Red River

2 运行中出现的问题及分析

2.1 问题描述

2016年4—6月，一级反渗透膜及保安过滤器压差快速增长，反渗透膜清洗频率大幅增加，清洗周期由3个月变为1个月，严重影响一级反渗透装置运行。

经过停机检修一级反渗透装置，解体一级反渗透装置进水端盖、能量回收装置、一级保安过滤器检查，发现在一级反渗透进水侧第一支膜、能量回收装置转子、保安过滤器滤芯以及各设备内侧壳体上均有光滑的黄褐色泥状物体，附着在设备上不易清理，打开一级反渗透膜产水侧未见该泥状物体[4-5]。

2.2 技术分析

对泥状物品进行取样分析：分别用1%盐酸，0.3%氢氧化钠，10%次氯酸钠进行浸泡，通过对比发现盐酸中未发生变化，次氯酸钠及氢氧化钠溶液中均出现泥状物体被不同程度的分散现象，其中氢氧化钠烧杯中分散现象较明显，说明碱液对其剥离能力较强。

对反渗透膜在线清洗进行观察，盐酸清洗时排放的清洗液未出现明显杂质；碱清洗时清洗水箱内出现大量明显的泡沫，且排放废水较为浑浊。

将一级反渗透膜组件送到反渗透膜厂家进行检测分析，膜表面整体有茶色污染物附着，并将附着物进行取样分析，采用 SEM 观测分析，发现膜表面覆盖有生物粘膜状和颗粒状物质；通过FT-IR分析确认膜表面污染物为微生物和磷酸铝，分析结果如图3所示。

图3 膜片FT-IR分析结果Fig. 3 Diaphragm FT-IR analysis results

分析认为造成该问题的主要原因为微生物滋生，导致微生物滋生主要为以下原因：海水淡化系统取水水源是海水，一级反渗透及保安过滤器压差升高过快现象发生于4月初，正值大连地区气温回暖，沿海海洋生物开始繁殖，水中的细菌、有机物等快速增长。该海水淡化系统在混凝沉淀池前设计有一处杀菌剂(次氯酸钠)加药点，只对此处加药量范围有要求，但系统设计时并未对超滤产水余氯值进行规定。为了避免反渗透膜被残余氯氧化，海水预处理次氯酸钠加药量控制在设计参数的低限(设计范围为 1～3 mg/L)，导致超滤进水的残余氯值控制较低。超滤、一级反渗透进水水质如表1所示。

表1 膜系统进水水质Tab. 1 The influent quality of membrane system

由于次氯酸钠加药量控制比较低，超滤出水的残余氯检测基本为零，增加了微生物滋生的几率。反渗透膜内的微生物污染可以通过化学清洗恢复，但是在能量回收装置及保安过滤器中滋生的微生物无法通过在线清洗清除。微生物大量滋生导致了能量回收装置转子滞黏不转、保安过滤器压差增高、反渗透膜压差增高[6-10]。

3 采取措施

根据上述分析，采取增加海水预处理杀菌剂次氯酸钠的加药量的措施，提高超滤水箱出口残余氯水平，以减少海水中微生物滋生。

1）在冬季水温低时，超滤水箱出口残余氯控制在 0.2～0.5 mg/L；

2）夏季水温高时，超滤水箱出口残余氯控制在 0.5～1.0 mg/L；

3）每年春季4月份海水温度开始升高至10℃以上，海生物开始大量繁殖时，将超滤水箱出口残余氯提升至1.5 mg/L左右。

4）为避免残余氯值的增长导致反渗透膜被氧化，将反渗透膜前亚硫酸氢钠加药量调整为超滤产水余氯值的3倍。理论上每1.4 mg/L的亚硫酸氢钠能够还原1.0 mg/L的活性氯。考虑到安全系数，设定为每1.0 mg/L余氯投加3.0 mg/L亚硫酸氢钠。且该系统在一级反渗透膜前设计有余氯表及ORP表，且在上位机存在报警功能，在一级反渗透膜进水残余氯值及ORP不满足要求时，上位出现报警以提醒运行人员及时调整加药量，能有效避免反渗透膜被氧化。

经过采取以上措施，2016年 6月—2017年12月，保安过滤器滤芯压差升高，更换滤芯的周期延长至半年，反渗透膜清洗周期也由1个月延长至6个月以上，能量回收装置转子清理减少了共16个次。

4 结论

经过近2年生产实践验证，提高海水淡化预处理杀菌剂加药量，并根据不同季节不同的海水温度，选择不同的杀菌剂加药量，能够更好地将反渗透系统进水的微生物控制在较低水平；同时能够降低保安过滤器堵塞、能量回收装置转子清理及反渗透膜压差升高的频率，提高了红沿河核电厂海水淡化系统设备运行可靠性，增强了红沿河核电厂机组供水安全的保障能力；此外，每年可节约大量保安过滤器滤芯及能量回收装置转子备件包，延长反渗透膜的使用寿命，间接减少了膜的更换费用，综合经济效益明显。