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山東沃源環保設備有限公司作者
以反滲透脫鹽技術為代表的膜處理技術已成為過去30年新火力發電廠處理的shou選，隨之發展起來的全膜處理工藝在電廠中也得到廣泛應用。在膜級數廣泛應用的同時，由膜污染引發的生產問題也隨之增多。
隨著國家對環保要求的提高和城市中水回用的推行，越來越多的已建電廠將鍋爐補給水的膜處理工藝列入技改項目。城市中水污染性高，在其回用過程中，多家發電企業的化學止水系統和循環水系統頻繁出現問題。
1 系統概況
某火力發電廠發電機組的補給水處理工藝為：
城市中水→中水處理系統→清水泵→生水加熱器→自清洗過濾器→超濾裝置→超濾水箱→超濾水泵→反滲透保安過濾器→反滲透裝置→中間水箱→陽床→陰床→混床→除鹽水箱。
中水處理系統來水為城市污水廠二級出力出水，水庫來水為備用水源。
近年來，由于城市污水廠二級處理出水水質較中水處理系統進水設計值有較大改變，電廠在實際生產運行中采用污水廠來水與水庫來水的混合水。
補給水處理系統中的超濾膜組件為中空纖維膜件，處理裝置采用內牙錯流過濾，每套裝置額定進水流量為120m³/h，產水率設計為90%，出水淤泥污染指數(SDI)≤2；反滲透膜組件為陶氏螺旋卷式膜件，處理裝置采用一級二級處理方式，每套裝置額定處理80m³/h，回收率控制在75%。
2 膜處理設備壓差異常
2018年7月，電廠開始增大城市中水用量，超濾和反滲透設備出現壓差上升趨勢。至2019年3月，超濾跨膜壓差上升至0.1MPa，反滲透跨膜壓差上升至0.2MPa，嚴重影響了制水水質和水量。
檢查發現，超濾膜裝置的進水段面覆蓋有一層暗棕色黏泥，有腥臭味，其灼燒減量為71.2%，XRF分析表明，其主要成分為鈣、鐵及硅的化合物，判定超濾膜存在有機物、微生物和無機鹽混合污染；反滲透膜元件表面有白色晶體，其中二段末端膜元件質量增重約15kg，刮取的白色晶體樣品能夠全部溶于稀鹽酸，并由大量氣泡排出，判定其主要成分為碳酸鹽。
為恢復設備性能，進行了在線化學清洗，清洗工藝為堿洗→殺菌→酸洗→堿洗。投運后，設備性能恢復，但反滲透保安過濾器濾芯使用周期仍不足1個月。檢查發現濾芯表面顯深棕色，局部有黑色斑塊。
3 膜處理設備污染分析
3.1反滲透預處理水質分析
膜處理設備嚴重污染，說明中水處理系統出水不合格。
中水處理系統基本沒有處理效果，關鍵指標不降反升，其原因：
(1)石灰軟化系統以澄清池出水堿度低于2mmol/L為控制指標調整加藥量，造成石灰投加過量，使出水硬度超過進水硬度，PH高于混凝最佳PH；
(2)澄清池后加酸調PH系統按設計值控制PH為7.0~8.5，控制值偏高，最終導致反滲透進水有一定的結垢傾向(朗格里爾指數LSI約為1.27)。
3.2機械攪拌澄清池
自城市中水的占比提高后，澄清池出水濁度經常超標，偶爾出現翻池現象。主要原因：
(1)中水處理系統沒有設計加熱裝置，冬季水溫低，水的粘度大，不利于膠體凝聚；
(2)澄清池未投加殺菌劑，存在微生物滋生問題；
(3)池內污泥回流不暢導致污泥沉積池底，日久腐化發酵形成大塊松散腐殖物，并加帶腐壞氣體漂于水面；
(4)石灰加藥量不合理，只是出現出水硬度高于進水。由于運行狀況不良，混凝澄清對COD的去除率較低，加劇了后續膜工藝設備的污染傾向，且增大了后續殺菌劑的用量。
3.3超濾水箱
超濾出水合格，但反滲透保安過濾器污堵，因而考慮超濾水箱存在污染。檢查發現，水箱內壁四周有一層軟軟的黑色泥狀物附著，用手可擦除，厚度約為0.1mm，且局部有大塊透明粘膜附著，類似瓊脂，粘膜內報過有白色顆粒狀物體，透明黏膜有腥臭味。水箱底部防腐層手感粗糙，覆蓋有較多鐵屑。
取黑色泥狀物進行分析：樣品不溶于NsOH、丙酮溶液；置于0.1mol/L HCL溶液中24h，樣品基本溶解，且溶液呈淡黃色；將樣品在105℃下烘至恒重，然后于850℃下灼燒2h，其灼燒減量為33.3%。說明黑色泥狀物中大部分為無機化合物。
對微生物粘膜內白色顆粒狀物質進行分析：將樣品置于0.1mol/L HCL溶液中有氣泡產生；樣品在105℃下烘至恒重，然后于850℃下灼燒2h，其灼燒減量為44.7%；灼燒后進行XRF分析，分析結果表明，白色顆粒物質主要成分為碳酸鈣。由于超濾產生水有結垢的傾向(LSI>1)，推測是Ca2+、HCO3-在大塊透明粘膜內濃縮，反應后形成碳酸鈣。
綜上，超濾水箱內存在有機物、微生物和無機鹽的混合污染。膜處理設備投運后，超濾水箱內污染物被不斷攜帶進入反滲透保安過濾器，被濾芯截留，形成了黑色斑塊。
4 解決措施及效果
4.1 增設曝氣生物濾池
曝氣生物濾池是集固液分離和生物降解物于一體的污水處理設備，可有效去除水中的COD、氨氮、總磷等。將其增設與機械攪拌澄清池之前，一方面可解決澄清池生長生物膜、濾床阻塞結塊的問題，避免澄清池投加殺菌劑時，低劑量涉軍效果不足造成澄清效果變差，高劑量對絮凝劑的副作用加大同樣造成澄清效果差的兩難情況；
另一方面可降低超濾膜污染，延長膜的壽命，因為有機物污染是超濾膜污染的主要因素，尤其是粒徑遠小于膜孔徑的小分子有機物，而混凝澄清處理只能去除大部分懸浮物、膠體粒徑范圍的有機物。
此外，曝氣生物濾池具有抗沖擊負荷能力強的特點，可有效減輕城市中水供水質量波動頻繁給預處理帶來的負面影響。
根據技術資料，擬修建的生物濾池對COD的去除率約為40%，氨氮去除率約為60%，濁度去除率約為50%，總堿度去除率約為20%。
4.2 調整軟化混凝條件
合理改變運行方式，可以使澄清池出水水質明顯提升。具體措施：
(1)優化攪拌機轉速。正常運行時攪拌機轉速控制在350~400r/min，由于城市中水占比增大，使得泥渣生成量增大，調低轉速在280~350r/min，降低回流比，既可保證第1反應室內進水與泥渣接觸充分，又可避免提升水量太大沖擊分離區泥渣層。
(2)優化澄清池排泥周期?？刂频?反應區5min沉降比在10%~20%，較原來下調5%，每2h取樣化驗一次，并根據化驗結果進行手動排泥。
(3)低溫運行時增大助凝劑的用量，冬季時投加量增至2mg/L。
(4)合理調整石灰加藥量，降低出水硬度。
實際處理中，往往又許多因素影響化學反應，所有石灰的實際投加量應由調整試驗來確定。
對于城市中水占比70%，水庫來水占比30%的混合水，經軟化混凝試驗得到的最佳Ca(OH)2投加量為248mg/L。而若以出水堿度低于2mmol/L為控制指標調整加藥量，會造成石灰投加過量，水中鎂硬轉化為鈣硬，進而增大反滲透濃水的碳酸鹽結垢傾向。
4.3 維護超濾水箱
對超濾水箱進行了*清洗，清洗步驟：清水沖洗→滅菌沖洗→除鹽水沖洗；同時檢查了水箱內壁環氧樹脂防腐層的完整性。
日后停運檢修期間，應加強水箱內部清洗檢查，若存在防腐層缺陷，應重新涂刷防腐涂層。
運行中超濾進水維持余氯在1~2mg/L，一直超濾膜和超濾水箱的微生物滋生，再添加亞硫氫鈉還原劑去除反滲透進水中的余氯，控制反滲透進水ORP<200mV。
4.4 防止反滲透膜結垢
一是對反滲透進水、濃水均進行結垢傾向的計算。
以城市中水占比70%的軟化混凝出水為例，經測量其中的全堿度、硬度、1/2Ca2+濃度依次為2.48、6.25、3.03mmol/L，溶解固形物為1000mg/L，PH為9.97。
不考慮離子活度并忽略加酸對溶解固形物的影響，當水溫為25℃時，若要使反滲透進水LSI值為0，那么進水的PH應低于7.50，即加酸系統控制進水PH低于7.5。
若反滲透裝置的回收率為75%，膜表面離子濃度與主題水流離子濃度比值為1.13，膜對HCO3-的透過率為5%，水溫與進水相同，那么反滲透膜面濃水的PH為8.09，LSI值為1.84，通過添加阻垢劑可以滿足濃水側不結垢。
當然PH也不應過低，過低不僅會造成加酸的浪費和膜對HCO3-的透過率升高，而且會加劇反滲透給水管道的腐蝕。
二是對反滲透系統的藥劑進行更換時，應進行藥劑的配伍性試驗，分別檢測混合后殺菌劑的殺菌性能和阻垢劑的阻垢性能。
結語
膜處理工藝運行工況調整后，設備運行狀況良好，相對穩定，反滲透膜化學清洗周期延長2~3倍，但是超濾和反滲透設備膜元件都出現不可逆的通量損失。
可見，如果日常維護較差或所出現問題采取措施不當，就會嚴重影響系統的安全運行，大大縮短膜元件的使用壽命。由于膜組件污染受水源、季節、處理方式、設備條件、維護方式等多因素影響，運行人員應該將膜處理工藝看做系統工程，加強監測，不斷總結經驗，形成因地制宜的防控方法。
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