托克托发电公司二期水处理200吨除盐水系统方案优化
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1.引言
内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司原化学除盐水制水系统总制水量为625t/h，仅能满足全厂8台600MW机组、2台300MW机组的正常供水。无法满足五期工程所需的除盐水的供水要求；因此，为了保证电厂上述10台机组的正常供水，同时满足五期工程2台660MW机组用水要求，需对化学制水系统进行扩容改造，经过核算需增加净出力为200t/h的除盐水制水设备，水质达到除盐水标准。
2.水源水质分析
在系统增容方案中，首先要考虑的就是原水水质，针对不同的原水水质选择不同的预处理工艺，才可以减少超滤、反渗透系统的污堵、结垢和降解，从而大幅度提高超滤、反渗透系统的效能，实现系统产水量、脱盐率、回收率和运行费用的最优化。保证反渗透系统的高效稳定运行，才能保证整个系统的稳定运行。
本改造方案水的来源有两种：一是黄河水、二是水塔排污水和园区污水处理厂的中水。黄河水水质较好，总含盐量平均为987mg/L左右，一期水处理有很好的运行经验，而且设备运行稳定；水塔排污水比较恶劣，总含盐量为3183mg/L左右，属于三级废水；中水水质较好，达到一级B标准。
为了节约水资源，同时减少托电公司水塔外排水量，充分实现托电公司零排放的目标，本方案有先采用水塔排污水作为水源，这样可以消耗460t/h的排污水。系统主要分为化学水扩容预处理及除盐系统。
3.预处理系统
预处理系统包括：机械加速澄清池及多介质过滤器、超滤、反渗透系统等辅助系统设备，布置在二期水处理站的西侧新建车间内。
3.1、循环排污水经过机械加速澄清池和多介质过滤器处理后，水中悬浮物、胶体等水质指标得以稳定，不会出现大的波动，为后续的预处理奠定基础，该处理方法也是我厂正使用的工艺，运行效果标明，上述预处理设备能满足超滤进水要求。
3.2、原来二、三期循环水处理站预处理超滤系统使用荷兰诺瑞特内压式PES材质膜，运行中仅能进行加药反洗，不能错流清洗而导致压差上升过快、断丝等现象，导致后续反渗透膜污染等，经过对市场上各种超滤膜调研，本次扩容预处理系统中超滤膜决定采用国产天津膜天膜科技股份有限公司出品的中空纤维膜，该中空纤维膜产品主要特点：
1）选用聚偏氟乙烯（PVDF）材质，化学性质稳定，清洗药剂耐受性强
适用于净水、污水、海水等各种水质的净化处理；
耐酸、碱、氧化剂能力强，适用各种化学清洗方式，同时可有效延长组件寿命；
2）抗污染能力强，易清洗
过滤层截留精度高，能有效防止深层嵌入式污染；
膜丝柔韧性好，可采用反洗、气洗、冲洗等多种方式有效清除膜污染；
3）产水效率高，运行成本低
膜丝孔隙率高，透水性强；
膜组件结构优异，过滤阻力小，能耗低；
膜系统可高度集成，有效降低占地面積；
膜系统高度自动化，可靠性高，易于维护；
该中空纤维膜组件结构上比较优越：
1）采用外压式组件结构，膜的比表面积大于内压膜，相同条件下产水量更大；
2）所形成的组件流道宽阔通畅，不易污堵，抗冲击性更强；
3）污物附着在膜的外壁，反向冲洗容易脱落，容易排出；
4）可以采用气水双洗，减少自耗水用量，提高产水率；
总之，该中空纤维膜采用不易堵塞的外压式结构，具有更高的截污量，更大的过滤面积，使清洗更简便、彻底。采用的流态设计以全流过滤为主，但组件也可以很方便地转换成错流过滤的模式，与错流相比，全流过滤能耗低、操作压力低，因而运行成本更低；而错流过滤则能处理悬浮物含量更高的流体。
4.原系统存在问题的改进
反渗透系统的设计，鉴于原二、三期循环水处理站反渗透出现的膜污染、压差上升过快等现象，该方案从以下方面考虑：
4.1膜产水通量和膜数量
产水通量和脱盐率是反渗透系统的关键参数，针对特定系统条件，产水通量和脱盐率主要受压力、温度、回收率、进水含盐量和pH值的影响。
水温对反渗透系统的运行压力及产水流量影响很大，水温每变化1℃。在进水压力不变的情况下，其产水量约增减2.7%。在系统条件不变的情况下，进水水温降低将导致产水量的下降。该方案反渗透系统的设计水温分别按最低18℃（冬季）、正常25℃和最高35℃（夏季）设计，减弱水温变化对反渗透系统的影响。
回收率是指膜系统中给水转化成产水的百分率。本方案反渗透系统的回收率按60%设计。
反渗透系统以循环排污水为水源设计，根据水质报告，经过阴阳离子平衡后，循环排污水的总盐量为3183mg/L。
为了控制碳酸盐结垢，在反渗透入水中投加盐酸，调节进水PH至7.5。
反渗透膜产水通量是指单位膜面积透过液的流率，通常以每小时每平方米升（l/m2h）或每天每平方英尺加仑（gfd）表示。反渗透膜元件的数量主要是根据膜通量来确定的。根据《膜元件系统设计导则》，针对SDI<3的废水水源，膜元件典型目标通量为22l/m2h。
污堵因子（FF）是指膜面被部分污堵后，尚未被堵的有效通水膜面占总有效膜面积的比例。污堵因子值越高，反渗透膜在相同的产水量下所需的运行压力就越低。系统运行一段时间后，反渗透膜肯定会受到一定的污染，膜面肯定会受到一定的污堵，为了使反渗透在膜受到污堵的情况下，产水量依然能满足要求，按系统运行三年后所需压力来考虑，污堵因子FF选择为0.85。
4.2对RO膜结垢的预防措施
根据水质可知，本循环排污水硬度和碱度均较高，这些难溶盐（碳酸盐比如CaCO3，硫酸盐比如CaSO4、BaSO4）的沉淀和沉积容易导致RO膜元件的结垢。这种结垢常从系统的末端开始，源于水质的变化、阻垢剂投加量不合适以及过高的系统回收率。为此，在系统运行中，还应建议定期分析原水、产水和浓水中的可能导致结垢的离子量；检测RO浓水测是否出现结垢；如果可能结垢的离子含量明显增多，则应调节阻垢剂投加量或调低系统回收率或调节RO入水的PH值。
在RO系统的运行上，建议RO系统应连续运行，尽量避免频繁启停。当机组正常运行需水量较小时，为避免RO的频繁启停，2套RO可分为运行RO和备用RO；备用RO在24小时内至少低压冲洗一次。运行RO同备用RO在120小时内自动切换一次。不建议单套RO长时间低负荷运行，因为该工况下浓水的流速过低，不利于RO膜表面杂质的冲刷。
5.结论
随着我厂生产规模不断的扩大，生产技术也在不断的深入发展，有必要针对原二、三期循环水处理站原系统反渗透和超滤运行中出现的问题，结合原水水质报告，充分应用先进的水处理技术，完善系统优化设计，所以通过上述严谨的技术论证，实施该方案能够保证设备的稳定运行，达到节能减排，向实现“零排放”的目标迈进了一步。五期工程#9机组于2016年12月25日、#10机组于2017年2月24日分别完成168小时试运行，顺利移交生产，一跃成为世界最大在役火力发电厂。
（作者单位：内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司）
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