海水反渗透膜污染事件分析

海水反渗透膜污染事件分析

王和应

广东大唐国际雷州发电有限责任公司 广东湛江 524255

摘要：反渗透膜是采用膜分离的水处理技术。新建电厂基建过程中用水量大，易出现设备安装质量差，缺乏运行维护经验造成设备损坏等问题。文章介绍了某新建电厂采用海水反渗透膜运行中发生膜氧化的原因，提出了新建电厂海水反渗透膜的一些运行建议及优化。

关键词：新建电厂，海水反渗透膜，铁污染，膜氧化

1 前言

广东某电厂2台1000MW超超临界机组采用海水淡化作为全厂生产用水，无淡水备用水源。海水淡化系统设有预处理系统、超滤系统、一级海水反渗透、二级淡水反渗透系统以及所有必需的辅助系统等。一级反渗透装置出水用于脱硫工艺水箱补水和供二级反渗透用水，二级反渗透装置出水主要用于锅炉补给水系统供水，此外还供生活、工业、消防用水。

海水预处理采用絮凝沉淀池＋V型均粒砂滤池流程。取自引水明渠的海水，在循环水泵旋转滤网前进行加氯杀藻，后经海水提升泵进入絮凝沉淀池，然后进入V型滤池。海水淡化系统正常运行时，絮凝沉淀池及V型滤池对水的利用率应大于95％，沉淀池出水浊度小于3NTU，V型滤池出水浊度小于1NTU。其工艺流程如下：

2 主要设备概况

2.1 海水预处理系统：设计出力2×800m³/h，采用“絮凝沉淀池+V型滤池”组合工艺。海水在进入絮凝沉淀池前先投加混凝剂，混凝剂使用聚合硫酸铁。系统配置1座V型滤池，共有6格，每格处理能力为300 m³/h。V型滤池配置2台罗茨风机，每台罗茨风机的风量为37.8 m³/min，风压为50KPa。

2.2 超滤系统：设计出力7×223m³/h，每套超滤装置设置56支碧菲柱式（外压式）超滤膜，BFUF2800c 系列标准膜元件，0.03 µm 的公称膜孔径可以去除细菌、病毒、颗粒物质，以保护后续工艺设备如反渗透系统。回收率：≥ 90%，产水浊度＜0.4NTU，SDI ＜3。

2.3 一级反渗透系统：设有3套出力为200m³/h的美国陶氏海水反渗透膜装置，膜元件型号：SW30HRLE-400，7芯装膜壳，一段式60支膜壳，共420支膜元件，设计产水流量200t/h，浓水流量245t/h，冲洗水泵额定流量200t/h，扬程0.35MPa，使用美国ERI公司型号为PX-Q300的能量回收装置，能量回收装置设计流量242t/h。1号海水反渗透膜2019 年 7 月投 产。

3 膜污染事件经过

3.1 设备运行情况

1号一级反渗透设备于2019年7月投产制水，2020年1月开始1号一级反渗透膜产水电导开始上升。其运行参数如下表2所示：

表2 1号一级反渗透膜运行参数记录表

3 .2 异常后现场检测情况

2020年04月16日，美国陶氏膜售后现场检测，测量所有膜壳电导都比较高，均在1900us/cm-3000us/cm之间。选择离地面较低，且电导较高的58号膜壳进行探针试验，探针试验结果如下表3所示：

表3 1号一级反渗透58号膜壳探针试验结果记录表

注：每只膜取2各点，50cm取1个点。

由探针实验结果可知：膜壳内膜元件产水电导皆比较高，脱盐性能下降，且第三支膜元件脱盐性能下降明显。

2020年04月17日，选择离地面较低的膜壳进行膜元件拆卸工作，观察污染情况并称重。结果如下表4所示：

表4 7支膜元件称重结果如下：

通过观察所拆卸出的7支膜元件，膜元件污染均比较严重，第三支膜元件浓水段比进水端污染程度差别明显，这也解释了探针实验数据在第三支膜元件的一个突变情况。

通过将膜元件表面的污染取样，放入烧杯中，倒入1%草酸溶液，观察污染物迅速溶解。因预处理采用的混凝剂为聚合硫酸铁，结合拆卸膜元件污染情况，判断污染源为铁污染。

4 事件原因分析

4.1 铁离子对反渗透膜的污染通常表现在两个方面^[1] ：①Fe³⁺具有氧化性，能导致反渗透膜劣化，脱盐率下降；②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。根据58号膜的称重情况可看出膜元件铁污染严重未及时进行化学清洗，含有铁的膜元件在长时间停运下发生氧化，是此次1号一级反渗透产水电导高的主要原因。

4.2 从表1 、1号一级反渗透运行情况来看，长时间故障停运后重新启动，1号一级反渗透产水电导均有大幅度升高，脱盐率下降，故可确定一级反渗透长时间停运未进行有效保养是造成反渗透膜氧化的另一主要原因之一。

4.3 造成铁污染的原因分析：

1）机组调试期间，系统调试质量差，海水预处理混凝剂、一级反渗透还原剂加药量、阻垢剂加药量调试效果差，调试期间均为手动加药，自动未投入，海水进水量变化时混凝剂调整不及时，存在加药过量的现象。

2）调试期间6个V型滤池仅能投用3个，机组调试用水量大，V型滤池运行周期长，反洗不及时，出水含铁量高。

3）海水衬塑管道内部塑胶有裂缝，海水衬塑管道接口现场切割，防腐材料被破坏，被海水腐蚀，海水腐蚀碳钢管必然将腐蚀产物带入膜系统中。

4）海水清水池中、超滤产水池钢筋爬梯长期浸泡在海水中，腐蚀产物带入系统中。

5） 根据设计水量核算，浓水排放设计流量245t/h，而一级反渗透冲洗水泵额定流量为200t/h，设计偏小，停运冲洗效果差造成铁杂质停留在膜堆中。

6）一级反渗透系统进水母管制加药分配效果差，启动2套或3套一级反渗透运行时，还原剂加药量不符合要求，且一级反渗透进水管道混合器离膜堆管道距离短，还原剂加药效果差。

5、防止膜氧化的防范措施及建议

5.1 新建反渗透装置应加强建设过程管控，提高设备安装质量，避免设备运行中故障无法进行保养造成膜氧化。

5.2 反渗透装置安装在线仪表、程控自动逻辑需同步进行，做好设备运行调试的原始记录。

5.3 做好各管道、箱、罐的定期检查，防腐材料损坏及时修复。

5.4 做好混凝剂、还原剂、阻垢剂的加药性能试验，确保加药量在合理范围，当运行工况发生变化时，及时调整加药量。

5.5 做好V型滤池的定期反洗、超滤反渗透的定期保养，当长期停备时应进行加药保养。

5.6 核算一级反渗透冲洗水泵设计出力是否满足要求，保证反渗透装置停运后能得到有效保养。

5.7 核算一反进水管道混合器离膜堆管道距离是否合适，避免还原剂反应时间短影响混合效果。

5.8 加强专业技术管理，做好专业管理台账。

5.9 做好设备ORP、膜进水余氯等参数的运行监督，加强运行培训，提高运行人员技能水平。

5.10 加强海水预处理运行管理，禁止海水进水量大幅度调整而影响混凝效果。

5.11 做好备品备件管理，提高检修质量，做好各仪表测点的定期维护。

5.12 严格按照《运行规程》执行，超滤反渗透膜到清洗周期及时进行化学清洗。

结语：

水是发电厂生命之源，化学制水设备的正确保养尤其重要。从运行经验来看，海水反渗透膜运行化学清洗周期应在3-6个月，也可从运行数据来判断反渗透膜化学清洗条件：1）反渗透系统运行中的标准化产水量降低了10%以上；2）反渗透系统进水和浓水之间的标准化压差上升了15%；3）反渗透系统标准化透盐率增加了5%以上。当膜接触到水中的氧化性物质后，膜被氧化破坏，这是不可逆的化学损伤^[2]，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膜的污染^[3]，并需及时做好反渗透膜的停运保养及化学清洗工作。

参考文献

[1]何德明,沈旱娇 平海电厂反渗透海水淡化的运行与优化2095-2104.2014.24.016

[2]吴峰. 反渗透经济运行控制[J].黑龙江电力，2010,32（4）：314-316

[3]安娜，姬朝青，许振良.电厂反渗透膜系统膜污染防治与膜清洗的研究[J].净水技术，2009,28（3）：23-26