超滤膜技术在电厂化学水处理工艺中的应用
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【摘 要】：超滤膜的典型孔径在0.001~0.1μm范围内，对于水中悬浮物、胶体和微生物具有很高的去除率，与传统工艺相比，能够显著提高产水水质。本文结合超滤膜技术在尼日利亚欧莫托修4X9E单循环燃机电站中作为预处理技术的应用，分析了超滤膜对于原水中的微生物、铁胶体的去除能力，阐述了该技术的优越性。
【关键词】：电厂化水处理 膜技术 超滤 预处理
1. 工程概况
尼日利亚欧莫托修4X9E单循环燃机电站工程新建4台125MW单循环燃气轮机发电机组，燃气轮机采用PG9171E型燃气轮机，每台机组在ISO工况下保证出力为128MW。
1.1 工程用水水质
水源为河水，其主要水质指标见表1。
表1 水质分析表
1.2 化水处理系统
该工程化学水处理系统主要供给燃气轮机压气机清洗用水、水浴炉用水和辅机闭式冷却水系统的补充水，用水示意图见图1，其用水水质要求如下：
含盐量：5 mg/L
碱金属及其他热腐蚀金属： 0. 5 mg/L
pH： 6.5~7.5
1.2.1 化水处理系统工艺选用
从表1可知，水中的铁离子含量超标。铁、锰和铜等过渡金属有时会成为氧化反应的催化剂，它们会加快膜的氧化和衰老，故一般应尽量除去这些物质。胶态铁锰（如氢氧化铁和氧化锰）还可引起膜的堵塞。铁的允许浓度随pH值和溶解氧量而有所不同，通常为0.1~0.05mg/L。
对于此类高铁、锰离子的原水，传统工艺通常采用措施是：曝气原水，使铁生成Fe(OH)3沉淀，然后利用接触氧化过滤法去除；再加NaHSO3去除溶解氧，以阻止铁锰氧化，使其保持溶解状态。但此方法存在如下缺陷：
设备数量多，占地面积大，一次投资额较大；
增加了曝气风机，运行过程中需要不间断的耗电，运行成本高；
设备数量多，增加了设备故障频率和运行维护的难度。
超滤膜技术正好克服了以上的几个缺点，同时，超滤装置的控制、运行和维护都比较方便，故预处理核心设备选用超滤装置。
1.2.2 化水处理系统工艺流程
该化水处理系统工艺流程为：
清水清水箱清水泵自清洗过滤器超滤装置超滤水箱超滤水泵 一级保安过滤器一级高压水泵一级反渗透单元除碳器除碳水箱除碳水泵二级保安过滤器二级高压泵二级反渗透单元二级淡水箱二级淡水泵连续除盐装置(EDI) 除盐水箱除盐水泵厂内用户。
1.2.3 化水系统出力的确定
根据其他专业所提供的需水水量资料，用水量计算表汇总表3。
据上表，机组正常消耗水量为7t/h。考虑设备的自用水量，且超滤、反渗透设备的选择按30%的富裕量考虑，选择终端设备出力为10t/h，超滤装置出力为18.6t/h。
2.超滤膜技术介绍
2.2 超滤系统的组成
超滤系统分为以下几个单元：超滤主装置、超滤反洗单元、超滤增强反洗单元、化学清洗单元、完整性检测单元。
(1) 超滤主装置
超滤主装置由超滤膜组件、支架、相应的阀门、管道及配套的仪表组成。其中超滤膜组件是其核心部分，采用美国KOCH生产的中空纤维膜，其型号为FSFC，膜原件材料为PES，膜通量为60LMH(升/平方米/小时)，共4个滤元，每个滤元的有效面积为80.9m2。
超滤滤元组件安装在组合架上，组合架上配备全部管道及接头，还包括自清洗过滤器、反洗过滤器、所有的支架、紧固件、夹具及其它附件。超滤组合架的设计满足厂址的抗震烈度要求和组件的膨胀要求。超滤装置配全套进口电动阀门。管道、法兰、管件、国产手动阀门等均采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材质，进出口电动阀门采用316不锈钢材质。
超滤装置给水及浓水进出水管上设有接口，以便清洗时与清洗液进出管相连。超滤装置采用错流过滤。超滤膜组件产品水管和进、排水管设取样点和必需的检测表计，数量及位置能有效地诊断并确定系统的运行状态。取样点集中设置（带不锈钢取样槽），便于取样。所有排放口均接至排水沟内。
超滤系统的运行及反洗应能实现自动控制，超滤装置的运行根据超滤水箱的水位自动控制运行。
超滤装置设置一台就地仪表操作盘，在就地盘上可读出有关工艺参数。系统所配仪器、仪表的性能、配置点及数量等将满足本系统的安全、稳定、可靠运行之需要。
超滤装置浓水排水须装流量控制阀，以控制水的回收率。
(2) 超滤反洗单元
超滤装置在运行中由于水中各类物质的污染，超滤的透膜压差（TMP）会上升。当其达到设定值时就需要对超滤膜进行反洗，以降低透膜压差。超滤装置的反洗和化学加强反洗都是在线进行的，反洗通量为250LMH。
超滤反洗水泵的出口管上设置一过滤器，以避免反洗水中的机械性杂质进入超滤膜丝，对超滤膜丝造成损伤，过滤器的过滤精度为100μm。
(3) 化学增强反洗单元
设置化学增强反洗单元以获得更好的反洗效果和延长超滤膜组件化学清洗的周期。超滤化学增强反洗考虑设置3套加药单元：加NaClO单元、加盐酸单元、加碱单元。3个加药点均设置在超滤反洗水泵出口管道的管道过混合器上，加酸PH值控制在2左右；加碱PH 值控制在12左右。加酸量根据反洗水pH加入加碱量和加NaClO量根据超滤反洗水口流量定量加入，加药依次交替进行。
（4）超滤化学清洗单元
化学清洗装置的选择根据给水水质和所选用超滤装置膜元件的特性确定，与反渗透和EDI单元共用一套清洗装置。清洗系统包括清洗箱（含加热器、搅拌器及液位计等附件）、清洗泵及保安过滤器等。
（5）完整性检测单元
超滤装置设置检测断丝设施，以判断膜组件的完整性。
超滤膜组件采用压缩空气进行断丝检测，检测时的空气压力为1kg/cm2，空气流量为32.5-146L/h。（本工程不设压缩空气管道，装置自带用于检测的小型压缩空气瓶）。
（6）仪表的设置
超滤装置各类仪表的设置如下：
产品水及浓水排水管道装设流量指示、累计。
超滤进口、浓水出口及产品水装设压力指示和压差变送器。
超滤出口产品水装设浊度表。
超滤出水管设SDI取样口。
2.3 超滤膜对于悬浮物和微生物的去除
超滤膜具有很高的过滤精度，它能够实现：
(1) 对于造成水质浑浊的悬浮物具有很高去除能力，产水浊度通常可以达到0.2NTU以下。超滤装置的进出口管道上均安装了浊度仪，以便即时监测出水浊度，并根据浊度的超标情况来判断超滤膜组件是否需要进行清洗。
(2) 对于大肠杆菌等微生物具有99.99%以上的去除能力。由于微生物通常在0.5微米以上，因此0.03微米的超滤膜对于微生物的去除十分有效。
(3) 对于铁、锰、铝等胶体具有90~95％以上的去除能力，但对于呈溶解态的铁离子等没有去除能力。
2.4 超滤膜对于铁的去除
超滤膜能够去除呈胶体或者悬浮物性质的铁，但不能去除水中溶解的亚铁离子，必须配合使用氧化剂，把亚铁离子快速氧化成三价铁离子，在中性pH状态形成不溶性的胶体，再通过超滤膜过滤除去。
在常规水处理工艺中，通常采用曝气加锰砂过滤的方法来去除水中溶解的铁、锰。在本工程中，考虑到占地、投资等因素，采用了在超滤进水投加次氯酸钠的方法来实现此目的，设计加入量为6ppm，实际运行中，可能会根据所检测到的水质波动情况来进行适当的调整。这个过程所发生的化学反应如下：
3.结论
与传统的处理工艺相比，超滤膜法工艺具有以下优点：
(1) 过滤精度极高，对于悬浮物、微生物、胶体具有很高的去除率；
(2) 产水水质稳定，受进水水质的波动动影响小；
(3) 模块化的装置设计，系统设计出力的选择比较灵活；
(4) 流程短，不需投加或投加少量化学药剂，便于实现自控；
(5) 占地面积小，运行成本低；
超滤装置作为该工程化学水处理系统中至关重要的一环，其出水水质保证了后续反渗透单元和EDI单元的正常运行。在国内外的火力发电工程中，超滤膜技术作为电厂化学水处理系统的预处理手段相当普遍，已经成为取代传统工艺最好的选择。在其他行业，譬如饮用水深度处理、垃圾渗滤液的深度处理和中水回用工程中也有相当广泛的应用，具有广阔的发展前景。
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