海水淡化调试参数指标的控制专题

海水淡化调试参数指标的控制专题

郭志勇

西北电力试验研究院   陕西西安  710032

摘  要  本专题针对巴基斯坦中电胡布新建2×660MW超临界机组化学水处理系统中的海水淡化部分的调试过程中参数指标的控制提出了部分符合实际的并切实可行的方法和手段，主要通过系统水冲洗、设备本体内部结构的检查、人工清扫、填料的质量检查及装填、计量泵的出力试验、混凝剂PAC的筛选及剂量试验、杀菌剂、还原剂、阻垢剂的加药量控制、设备工艺性能的控制、过滤器、超滤、反渗透试运参数的控制等这些方面着手，使系统的海水水体尽快得到净化，保证满足超滤、反渗透进水水质的一般性要求，从而使海水淡化系统中的各个本体设备性能尽可能的达到甚至优于技术协议的相关要求，以此来实现海水淡化系统尽早制出合格的淡化水，这对海水淡化系统的调试试运工作有一定的指导借鉴意义。

关 键 词  超临界 海水淡化 超滤 反渗透 参数指标

1.海水水质的特性及海水淡化系统的选择

海水是一种溶解有多种无机盐、有机物质和气体以及含有许多悬浮物质的混合液体，迄今已测定海水中含有80 余种元素，除了含盐量高之外，还含有较高的泥沙、悬浮物、有机物、微生物、高等生物、细菌、胶体硅等难以去除的杂质，沿海国家设计的海滨电厂的海水平均水温为24℃，PH值8.4，泥沙30mg/L，浊度3NTU，悬浮物4 mg/L，COD18 mg/L，BOD6 mg/L，全铁0.16 mg/L，活性硅7 mg/L，电导率47000μS/cm。在雨季或涨潮时这些物质的含量会明显上升，特别是泥沙、浊度、悬浮物和有机物质的含量。海水中的含盐量可以通过一级反渗透本体进行大幅度降低，另外的这些杂质只能依靠系统中设计的絮凝沉淀池、石英砂过滤器和超滤及辅助加药来进行去除，所以对加药量控制和每个净化设备的作用效率的控制就显得异常重要。下面表格为晴天时巴基斯坦阿拉伯海海水水质全分析报告。

表1本工程水源采用阿拉伯海海水。水质全分析资料如下：

    此表反映了巴基斯坦中电胡布项目阿拉伯海海水水质的特性，其中的悬浮物、COD、BOD、总电导率、锶 (Sr)的含量高于一般海水的平均值，而浊度、PH值、活性硅、全铁的含量略低于海水的平均值，此表也给出了取水点海水的SDI值为5.19。

    根据本项目海水水质的特点，西北设计院有针对性的给出海水淡化工艺流程为：原水 (海水) →絮凝沉淀池→V型砂滤池→过滤水池→超滤给水泵→保安过滤器→超滤装置→超滤水箱→一级反渗透给水泵→一级反渗透精密过滤器→一级反渗透高压泵→一级反渗透装置→一级反渗透水箱。此工艺的预处理部分重点保证了海水中悬浮物、COD、BOD可以得到较高的去除率，从而可以使反渗透进水的SDI值得到良好控制；总电导率偏高可以通过对高压泵的压力等级及能量回收装置的参数进行优化选择来控制反渗透的回收率和脱盐率以保证反渗透出力的要求；对于金属离子锶 (Sr)、钡 (Ba)的防结垢控制主要依赖于反渗透阻垢剂的选择和加药量的优化。

为了使海水淡化调试过程中的各试运参数指标优良，系统工艺设备的选择是一方面的原因，而采取切合实际的方法和手段进行有效降低海水中各杂质的含量是海水淡化调试运行过程中需要重点关注的问题。

2.海水淡化调试参数指标控制的方法和手段

2.1 设备本体内部结构的检查

    桥架式或地埋式海水输送管道管线一般超过500米，重点检查内部衬塑的完整性，不得有任何的裂痕、破损、脱落的部位，并提出要求在安装连接的过程中内管壁应清理干净，尽量不要残留砂子、泥土及其他的垃圾物，特别是在管道的缓冲区和拐弯处的死区，海水原水浊度只有0.2NTU，一般对系统进行冲洗后设备本体进水浊度会远高于这个值，甚至系统运行几个月后此现象依然存在，这应该是关键因素，不容忽视。

网格式絮凝池为多格竖流式并布置成2组或多组并联形式，进水呈S型流通，低浊度水要求絮凝时间超过20min为宜， 系统进水时可以进行时间计算，以设计流量进水到水流通过中间隔水槽到达沉淀池时为止即为海水的絮凝矾花增大的时间，絮凝时间过短时应及时提出合理的变更，这对絮凝沉淀池去除杂质的效果影响较大。

斜板沉淀池的斜板上层应有0.5～1.0m的水深，底部缓冲层高度为1.0m，斜板下为废水分布区，一般高度不小于0.5m，布水区下部为污泥区。沉淀池出水一般采用多排孔管集水即溢流堰，孔眼应在水面以下2cm处，防止漂浮物被带走。斜板与水平面呈60°角。

V型砂滤池主要检查其进水配水装置中的V型槽底均匀的配水孔、V型槽堰；反洗排水渠；出水底板上网状布置的长柄滤头约55个/m2及出水堰；反洗气、水分配管渠等。

超滤保安过滤器及反渗透精密过滤器应检查其进水侧所有接口的连接件要求紧密，滤芯不得倾斜，防止原水渗透直接进入超滤或反渗透本体。

超滤及反渗透内部检查时应确保浓水侧所有的连接件紧密牢固，膜元件装填时O型圈不得遗漏和倾斜，膜元件之间对接时应紧密牢固，端盖密封处不得漏水。

能量回收装置主要检查其海水原水进水侧及海水浓水进水侧的能量转换齿轮，不能存在砂子、铁销等异物，在反渗透进水时高压泵出口压力与膜进水压力2分钟内若无明显差异，需要及时拆开能量回收装置并对内部进行清理。

2.2 系统冲洗、清扫及填料的装填

系统的冲洗应逐级进行，前级产水合格后才能对下一级设备进行冲洗，冲洗要求排水澄清合格。

首先用海水原水冲洗来水管线及絮凝沉淀池（斜板填料已装填完），从絮凝沉淀池底部排泥口进行排放，排放水在污泥池中收集并通过污泥泵外排进入大海，取样化验絮凝沉淀池的进、排水浊度基本一致时排空池体并进行人工清扫干净。

絮凝沉淀池加药处理调整后出水合格时对V型砂滤池（未加砂子填料）进行冲洗，并从砂滤池出水口直接外排至污泥池，排水合格后对V型砂滤池出水底板进行人工清理并装填砂子填料，细砂滤料的质量及填装高度应符合设计要求。

V型砂滤器出水合格后才允许冲洗海水清水池，并对海水清水池整体排空一次，人工清扫干净，海水清水池储水后及时反洗V型砂滤池，使海水中的悬浮杂质彻底去除，为超滤系统的冲洗做好准备。

超滤系统先冲洗保安过滤器（未装滤芯），从保安过滤器底部排污排水至排水清澈透明，装填滤芯后投运超滤系统，并冲洗超滤产水箱，人工清扫超滤产水箱并从底部排污取样检测浊度基本为0NTU时开始储水。

反渗透系统冲洗时先从高压泵入口法兰处断开，排水无固体颗粒杂质后对精密过滤器（未装滤芯）及反渗透膜壳进行大流量水冲洗，并人工清理干净，装入滤芯及膜元件，检测SDI值、浊度、余氯含量达标后投运反渗透，产水基本合格后冲洗一级淡水箱，并清理干净，检测淡水箱排污电导率与反渗透产水电导率基本一致时开始储水备用。

2.3 计量泵的出力试验

海水淡化辅助加药设备包括混凝剂PAC、助凝剂PAM、杀菌剂、阻垢剂、还原剂、酸碱等计量泵，所有计量泵应逐个进行出力试验验证计量泵的性能，在不同频率及冲程调节下其出力应呈线性变化，给定100%冲程及50HZ频率时其出力应能达到设备名牌标定的额定最大出力。在这种条件下就能依据配药浓度和系统流量计算药剂的加入量的具体值。同时也应依据系统的压力对计量泵的安全阀进行整定。辅助加药设备的稳定运行在海水淡化系统调试试运工作中起着重要的作用，它会直接影响到每个主体设备的处理效果和参数指标。

2.4 加药的控制

（1）杀菌剂的控制：海水中微生物主要包括细菌、藻类、真菌、病毒和其他游离的高等生物，它对SDI值的影响不可忽略，并且膜元件一旦出现微生物污染并产生生物膜，对膜元件的清洗就非常困难，因此微生物的防治也是预处理的最主要任务之一，尤其是对于以海水、地表水和废水作为水源的反渗透预处理系统，另外杀菌剂对海水中的有机物也有一定的消耗去除作用，因此海水预处理系统中加入适量的杀菌剂是必要的。海水预处理系统杀菌剂的加药点有三个，其一是在循环水前池内的海水水源入口加入NaClO杀菌剂，该处的杀菌剂由电解海水制氯车间生产并通过加药泵连续投加，根据循环水流量计算加入的有效氯含量一般为1.0mg/L，目的是控制海水在进入絮凝沉淀池前的流通过程中有一定的有效氯含量并对海水进行初始杀菌，防止微生物滋生繁殖和菌藻的生成堵塞海水进水母管，海滨电厂设计的海水进水母管的管线一般超过500米，这对有效氯的杀菌反应时间提供了优势，前提是必须保证管线内的有效氯含量在0.5～1.0mg/L以上才能使杀菌的效果最佳，因此应定期在絮凝沉淀池前的海水入口取样检测余氯的含量值；其二是在絮凝沉淀池的海水入口加入NaClO杀菌剂，该处杀菌剂由人工配制成5%的溶液通过计量泵连续投加，根据预处理海水进水的流量并在前级加入量的基础上综合计算加入的有效氯含量控制在2.0mg/L，以使在絮凝沉淀池内达到持续高效杀菌的目的，防止微生物在絮凝沉淀池内特别是斜板填料上富集蔓延，应定期取样检测絮凝沉淀池出水口的余氯含量值控制在0.5～1.0mg/L，同时检测海水清水池内的余氯含量值使其在0.3～0.6mg/L的范围内；其三是在超滤系统的海水入口加入非氧化性杀菌剂，该处加药点与反渗透的入水距离短，为防止杀菌剂的渗透对反渗透膜的危害，一般选择非氧化性的杀菌剂如季铵盐，控制加药量在5～10mg/L，在前级设备已经加入杀菌剂的基础上检测超滤系统入水的BOD值，以此来确定非氧化性杀菌剂投加的必要性。海水预处理的工程实践中由于海水中COD、BOD及处理水量不同，实际加入的杀菌剂量也不尽相同，但必须维持海水预处理过程中有效氯的含量在0.5 mg/L以上，接触反应时间控制在20～30min，杀菌剂加入量不足或者过量产生的反面效果如COD、BOD去除效率低、金属胶体的生成都会对反渗透进水的SDI值产生较大影响。

（2）PAM、PAC的控制：海水预处理混凝剂一般选择聚合硫酸铁或聚合铝，使用前应先做小型烧杯试验对比确定具体使用哪一种更适合现场的海水性质，聚合铁混凝剂对海水PH值有调节作用，在此作用下混凝效果更好，但聚铁混凝剂固体配药时发热量极大，易沉积，需经常对溶药箱排污并清洗计量泵过滤器，并易造成溶药箱内部防腐材料的脱落和加药塑料管道的变形，最好购买液态成品，另外考虑到反渗透对铁含量的要求≤0.05 mg/L，在选择用聚合铁作为混凝剂时应对其加入量进行精确控制，保证絮凝反应的效果同时防止过量的铁离子穿透进入反渗透膜表面。混凝剂的加药量也需要根据小型试验来确定，一般海水浊度为5NTU以下时混凝剂加药量控制在6～10 mg/L，助凝剂一般控制0.1～0.2 mg/L，海水处理必须加入混凝剂，其作用并不只是降低浊度，对胶体、有机物和微生物的尸体都有一定的去除率。一般在与杀菌剂配合使用下，絮凝沉淀池对海水COD去除30%，对胶体去除60%，这对改善SDI值的意义较大。

（3）阻垢剂的控制：用于反渗透的阻垢剂种类较多，聚合有机阻垢剂是目前在火电厂反渗透系统使用最为广泛的阻垢剂，对于海水淡化反渗透系统，虽然回收率比较低（30%～45%），但由于其含盐量过高，为防止海水在膜元件浓水侧结垢，往往使用阻垢剂。在实际生产中发现，有些聚合有机性阻垢剂遇到阳离子聚合电解质或多架阳离子时，可能会发生沉淀反应，所产生的胶状反应物造成反渗透进水的SDI值发生突变，导致保安过滤器滤元堵塞更换频繁，更有甚者造成膜元件的污染，这些污染物通过化学清洗也难以去除。因此，在选择阻垢剂时，应进行生产试验进行严格筛选，并及时与反渗透膜的代理商及设备供货厂家进行沟通，选用厂家提供或推荐的产品。对于阻垢剂加药剂量和配比浓度也应遵循厂家的建议，一般阻垢剂采购产品为8倍浓缩液，配药时按1:8的质量比进行配置，加入剂量控制为2～5 mg/L。

（4）还原剂、酸碱的控制：海水淡化工程实践中还原剂一般选择NaHSO3，加入位置在一级反渗透精密过滤器之前的进水母管上，并保持一定的距离，使来水中的残余氯和其他氧化物被充分地还原消耗掉。由于反渗透复合膜本身对进水余氯有一定要求（游离氯< 0.1mg/L），并且在多个海水淡化现场出现了一级反渗透膜被氧化的案例，因此，海水预处理系统在使用了高价铁混凝剂和杀菌剂NaClO后应引起重视，还原剂NaHSO3应加入过量，一般控制在5 mg/L，并应尽早投入在线余氯表和氧化还原电位ORP表，实现在线连续监测。

    海水淡化反渗透系统进水前端一般加入适量的稀硫酸或稀盐酸调节PH值，一是减缓反渗透浓水侧的结垢，二是降低PH值对SDI值测定的影响，三是增强絮凝反应沉淀的效果，加药点可以放在预处理絮凝沉淀池入口，也可位于超滤系统的进水侧。絮凝反应最佳PH值在6～8之间， SDI值测定时PH值小于7.8比较稳定，实际工程中可以有针对性的进行PH值的调节以达到最理想的效果。

    海水淡化一级反渗透产水PH值会较进水有大幅度地降低，降低幅度为1～2个PH值，为了保证后续设备性能的稳定性，一般在一级反渗透产水侧加入适量的稀碱液，调节反渗透产水的PH值在7～8之间。

2.5 设备工艺性能、试运参数的控制

（1）絮凝沉淀池：絮凝沉淀池在实际海水处理使用中主要监督其进出水浊度和余氯含量。一般控制其出水浊度尽量小于1.0NTU，余氯在0.5～1.0 mg/L，减轻后续设备的处理负荷并达到后续连续杀菌的目的。工程应用中应经常观察矾花的形成和沉淀效果，定期排泥。絮凝沉淀池出水浊度的降低从一个侧面反应出海水中悬浮物、胶体、有机物去除程度的大小，对于低浊度海水来说，絮凝沉淀池在去除海水中的胶体、有机物的作用显得更加重要。

（2）V型砂滤池：海水处理设计初级过滤主要的目的还是通过过滤的手段进一步降低海水的浊度，截留未被杀死的游离微生物或尸体，通过定期反洗控制其出水浊度尽量小于0.5NTU，余氯在0.3～0.6 mg/L。这样保证在海水清水池内进一步杀菌，防止微生物的繁殖或菌藻的生成。

（3）超滤系统：超滤膜孔径通常在5nm～0.1µm之间，能够截留分子量在1000～500,000之间的溶解性大分子物质和非溶解性的悬浮物、胶体物质、细菌、微生物、有机物、铁锈、固体颗粒等杂质，截留效率一般在90%以上，膜孔径越小，去除率越高。超滤可以为后续设计的反渗透系统提供优质的水源。在前级预处理的基础上应控制超滤产水的浊度接近0NTU，并尽量保证反渗透进水的SDI值≤3。

（4）一级反渗透本体：海水淡化预处理系统主要的目的就是尽量降低海水原水中的泥沙、悬浮物、有机物、微生物、胶体硅及高等游离生物等杂质，从而使一级反渗透进水水质达标，一般控制反渗透进水的浊度尽量小于0.1NTU，余氯小于0.05 mg/L，PH值7～8，SDI值小于4，氧化还原电位—300～+300mv。而海水中的含盐量主要依靠一级反渗透进行大幅度降低，实际海水淡化工程中一般设计一级反渗透的脱盐率为99%，回收率40%左右，在这种控制条件下，海水原水电导率超过50000μS/cm时其产水电导率也可以保证在1000μS/cm以内，这对后续除盐设备起到了举足轻重的作用，所以保证海水淡化一级反渗透的稳定运行是化学水处理系统的核心任务。

3. 结论

通过对加药量控制和每个净化设备的作用效率的控制以除去或者尽量降低海水中悬浮物、有机物、微生物、胶体物质并适当调节海水的PH值，从而使海水淡化系统的海水水源得到充分的净化处理以满足海水淡化一级反渗透进水对SDI值、氧化物、浊度、有机物等的要求，并辅以适当的化学监督手段，是保证海水淡化系统连续稳定运行的基本途径。

【参考文献】

［1］钱达中编.发电厂水处理工程[M].北京：中国电力出版社，1998；

［2］李培元.火力发电厂水处理及水质控制[M].北京：中国电力出版社，2000；

［3］冯逸仙.反渗透水处理工程[M].北京：中国电力出版社，2005。