平海电厂反渗透海水淡化的运行与优化

平海电厂反渗透海水淡化的运行与优化
摘要：介绍了惠州平海电厂反渗透海水淡化装置的基本特点，分析了系统投产三年多以来的主要性能参数的变化情况及可能原因。

针对海水淡化系统的微生物污染、铁污染、哈夫接头泄漏等问题，采取了沉淀池至一级反渗透全线杀菌、沉淀池及清水池重新防腐、更换哈夫接头垫圈等措施，确保了海水淡化设备的稳定高效运行。

关键词：火电厂；反渗透；性能参数；污染防控
广东惠州平海电厂规划装机总量为6×100MW，一期2×100MW机组于2010年投产发电。

电厂生产用水取自海水，于2010年5月率先在广东省电力系统投产696 m3/h的反渗透海水淡化工程。

截至2013年8月，反渗透设备已连续运行了三年多，各运行参数仍能达到运行要求，系统运行较稳定，有利地保证了电厂的安全高效生产。

在长时间的连续运行过程中，海水淡化系统也曾出现过一些问题，在解决运行问题、优化系统的过程中积累了一些经验，值得交流探讨。

1 平海电厂反渗透系统
1.1 工艺流程
平海电厂海水淡化装置主要包括海水取水、预处理、超滤、一级反渗透、二级反渗透等部分。

一级反渗透可将含盐量约36600mg/L的海水淡化为含盐量仅370mg/L的初级淡水，用于全厂杂用水和二级反渗透进水。

一级淡水经二级反渗透处理后，含盐量降至约2mg/L，经进一步脱盐后主要用于锅炉补给水系统供水，此外还供生活、消防用水及氢站冷却用水。

系统工艺流程为：海水提升泵→斜板沉淀池→清水池→超滤提升泵→超滤保安过滤器→超滤装置→超滤水池→一级反渗透提升泵→保安过滤器→高压泵→一级反渗透装置→一级淡水箱→一级淡水泵→保安过滤器→二级反渗透提升泵→二级反渗透装置→二级淡水箱。

1.2 主要设备
（1）预处理系统：设计出力2×1000m3/h，采用“列管混合+翼片隔板絮凝+接触絮凝沉淀”组合工艺。

海水在进入翼片隔板絮凝前，先投加混凝剂PAC、杀藻剂NaClO，出水浊度设计值为＜5NTU，实际运行值＜2NTU。

（2）超滤系统：设计出力8×250m3/h，每套超滤装置设置84支旭化成UNA-620A系列中空纤维超滤膜；膜材质为聚偏氟乙烯，出水SDI＜3、浊度＜0.2NTU。

（3）一级反渗透系统：设计出力3×232m3/h，每套配置455支卷式芳香聚酰胺复合膜，分装在65个玻璃钢压力容器内；1、3号膜元件选用美国海德能
SWC5，2号选用陶氏SW30HRLE-40。

每套一级反渗透装置配置一台流量552 m3/h、扬程3.2MPa的变频高压泵、一台采用涡轮增压的PEI能量回收装置、一个5μm保安过滤器。

（4）二级反渗透系统：设计出力2×100m3/h，每套配置96支膜分装在16个压力容器内，压力容器按一级两段排列；1号膜元件选用美国海德能CPA3-LD，2号选用陶氏BW30-400 。

2 反渗透系统运行工况
2.1 运行工况
反渗透装置性能的优劣主要由产水量和脱盐率来评价，上述因素受温度、操作压力、浓度、流量、pH值以及回收率制约[1]。

评价反渗透运行工况需剔除温度和操作压力波动的影响[2]，以下的数据均为原始数据经反渗透标准化计算公式转换而来。

海水淡化系统在投运初期，一级反渗透脱盐率和产水量都能达到设计标准，分别为99.3%、232m3/h，回收率42%。

经三年多运行，目前一级反渗透标准化脱盐率仍高达99.5 %，标准化产水量179 m3/h，标准化回收率40%，完全满足生产要求。

2010年5月至今每季度以及2011年8月份首次化学清洗前后的标准化运行数据见图1-2：
图11号一级反渗透标准化透盐率
（注:为方便计算，脱盐性能用透盐率来表征，其值为1-脱盐率）
图21号一级反渗透标准化产水量
2011年8月反渗透第一次清洗后，各项性能得到显著提升。

清洗前后具体数据见表1：
表1 化学清洗前后反渗透系统性能参数变化
透盐率产水量m3/h 压差bar 回收率
清洗前 0.41% 149 3.37 38.69%
清洗后 0.36% 166 1.67 40.59%
变化率 -12% 11% -50% 4.7%
上述数据表明：
（1）虽然将数据标准化，减弱了温度和操作压力波动的影响，但是反渗透装置的透盐率仍然随季节变化而波动。

三年的最小透盐率（即最大脱盐率）均出现在气温最低的1月份，最大透盐率在6、7月份。

由于严格控制反渗透入口ORP<200mV、余氯<0.1mg/L，未出现膜的劣化，透盐率仍能保持在较低水平。

（2）产水量在投运初期保持较高水平，自2011年出现了明显下降，2011下半年至今基本维持稳定。

这可能是由于投运初期对原水预处理及微生物控制缺乏经验，造成了膜系统的污堵，导致产水量下降。

2011年8月，对反渗透进行清洗并制定了完善的预处理和微生物控制措施后，产水量下降趋势得到控制，系统连续两年产水量稳定。

2.2 运行成本
反渗透的运行成本主要涉及设备和厂房年折旧费、电费、维护费、药品费、化学清洗费等[3,4]。

按照4年更换一次超滤膜和反渗透膜、电费以上网电价为准来计算，平海电厂一级淡水日常运行成本为2元/t，总成本为6.5元/t。

虽然制水成本高于4元/t的市场自来水价，但由于不占用天然淡水资源，能产生巨大的社会效益，有利于火力发电企业的可持续发展。

3 运行中的主要问题和解决措施
3.1微生物污染
膜元件的污染中，胶体及微生物的污染约占75%；尤其是南方的反渗透海水淡化系统，海水微生物丰富，水温高，一旦消毒处理不良就会引起系统内微生物迅速滋生，造成系统压差升高、产水量下降[5,6]。

反渗透系统运行初期，虽然按照厂家说明在沉淀池入口加4mg/L的NaClO，但保安过滤器及反渗透装置压差依然上升过快。

检查清水池、超滤水池发现壁上有大量微生物粘膜。

针对上述微生物污染问题，平海电厂制订了沉淀池至一级反渗透系统全线杀菌方案，措施包括：a.定期用10%的NaClO，以50ppm有效氯浓度投入沉淀池，维持浸泡1小时后排空、置换、投运；b.定期用KingLee的BIO专用非氧化性杀菌剂投加在超滤产水箱内，控制浓度100ppm，在三套一级反渗透系统运行1h，对超滤产水箱、保安过滤器、一级反渗透实施冲击性杀菌。

另外，调整沉淀池入口NaClO投加量，严格控制清水池余氯1ppm、超滤水池余氯0.5ppm，反渗透入口通过投加NaHSO3控制余氯小于0.1ppm。

通过实施以上措施，一级反渗透系统压差上升明显变缓，反渗透清洗频率从初期的两个多月一次延长到约四个月一次，保安过滤器也无压差迅速上涨现象，微生物滋生现象得到有效控制。

3.2运行初期的铁污染
铁离子对反渗透膜的污染通常表现在两个方面[7,8]：a.Fe3+具有氧化性，能导致反渗透膜劣化；b.铁离子在较高pH值的水中形成带正电的Fe(OH)3胶体，极易附着在反渗透膜表面造成污染。

在海水淡化系统投运初期，保安过滤器压差上升快，检查发现保安过滤器滤芯和膜元件进水端有红色污染物。

检查结果初步判断为铁污染。

海水中铁含量仅为20μg/L，所加混凝剂为铝盐，不会带入铁污染。

检查沉淀池、清水池发现池内壁有大量裸露钢筋头仅作简单防腐处理，长期浸泡在海水中锈蚀严重，推测铁污染可能由沉淀池及清水池中被海水腐蚀的钢结构带入[9]。

处理措施为单侧隔离沉淀池、清水池，重新做防腐处理、更换保安过滤器滤芯。

在日后的例行拆端盖检查中，未发现类似铁污染，该问题得到解决。

3.3 压力容器哈夫接头漏水
反渗透系统自投运后各接头间漏水频繁，膜压力容器间连接的哈夫接头数量繁多且受启停机的应力影响漏水最为严重，浓水流出后又造成管道、螺帽的腐蚀。

前期处理措施以发现泄漏即更换相应接头为主，但一段时候后又开始泄漏，且由于之前的泄漏造成接头螺帽腐蚀，维修耗费大量人力。

对更换下来的哈夫接头和垫圈检查发现垫圈有细微裂缝，判断为哈夫接头垫圈质量问题。

因而，在机组大修用水量少期间，所有哈夫接头更换上重新采购的垫圈，之后泄漏现象大为减少。

4 结论与建议
平海电厂反渗透海水淡化系统运行三年多以来，系统运行较为稳定，脱盐率维持在投运初期时的较高水平，产水量经调整处理后趋于稳定，能够满足全厂用水需求。

对于南方海水淡化系统，海水预处理和微生物控制不善将会对系统的安全运行造成较大困扰，应引起足够的重视，并针对本厂实际情况制定完善的应对措施[10,11]。

应做好各管道、箱、罐的防腐工作，防止系统内带入铁造成反渗透系统的铁污染。

参考文献
[1]靖大为. 反渗透膜元件的性能指标与测试条件评析[J]. 净水技术, 2010, 29(3): 66-68.
[2]杨红革，杨杉，赵海湖. 浅析降低反渗透系统运行成本的途径[J]. 煤炭科技, 2013 (3): 41-42.
[3]吴峰. 反渗透经济运行控制[J]. 黑龙江电力, 2010 ,32(4): 314-316.
[4]安娜, 姬朝青, 许振良. 电厂反渗透系统膜污染防治与膜清洗的研究[J]. 净水技术, 2009, 28(3): 23-26.。