王春 云文澤 胡怡

摘 要：詳細(xì)介紹了一種“超濾”系統(tǒng)工藝的設(shè)計(jì)及計(jì)算，該工藝具有產(chǎn)水品質(zhì)高、產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定、運(yùn)行操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，系統(tǒng)出水SDI﹤3、濁度﹤0.4 NTU、懸浮物﹤1 mg/L、產(chǎn)水回收率≥90%，滿足DL/Z 952—2005《火力發(fā)電廠超濾水處理裝置驗(yàn)收導(dǎo)則》的要求，達(dá)到反滲透系統(tǒng)進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞： 超濾 膜通量 化學(xué)加強(qiáng)反洗 化學(xué)清洗

中圖分類號(hào)：TN2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（a）-00-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水資源越來(lái)越匱乏，超濾的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，已逐漸成為一種發(fā)展趨勢(shì)。目前我國(guó)的發(fā)電廠以火力發(fā)電為主，而火力發(fā)電廠的鍋爐進(jìn)水有著嚴(yán)格的指標(biāo)，其傳統(tǒng)工藝往往很難達(dá)到要求，且運(yùn)行成本高，隨著水資源的日益緊缺，火電廠鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)中超濾工藝應(yīng)運(yùn)而生。望亭發(fā)電廠改建工程中鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)即采用了超濾系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)建成后要求出水水質(zhì)滿足DL/Z 952—2005《火力發(fā)電廠超濾水處理裝置驗(yàn)收導(dǎo)則》的要求，達(dá)到反滲透系統(tǒng)進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)。

1 超濾原理

超濾膜技術(shù)是在壓差的推動(dòng)力作用下進(jìn)行的液相分離過(guò)程。即在一定的壓力作用下，當(dāng)含有高分子溶質(zhì)和低分子溶質(zhì)的混合液流過(guò)膜表面時(shí)，溶劑和小于膜孔的低分子溶質(zhì)透過(guò)膜，成為滲透液被收集，大于膜孔的高分子溶質(zhì)則被膜截留而作為濃縮液被回收[1]。超濾膜的孔徑大約在0.001～0.1 μs范圍內(nèi)（切割分子量（MWCO）約為1，000～500，000Dalton）。對(duì)于水中懸浮，固體、膠體、大分子物質(zhì)、細(xì)菌有較高的去除率，對(duì)BOD和COD有部分的去除率。

2 廢水來(lái)源和進(jìn)出水水質(zhì)

2.1 廢水來(lái)源

望亭發(fā)電廠用水取自望虞河望亭立交樞紐上游的太湖水。

2.2 進(jìn)水水質(zhì)

原水水質(zhì)濁度平均小于60 NTU，經(jīng)混凝、沉淀、過(guò)濾后，濁度低于5NTU，原水電導(dǎo)率平均為750 μs/cm（25°C），總硬度（以（2Ca+/2+2Mg+/2）計(jì)）平均為3 mmol/L。

2.3 產(chǎn)水水質(zhì)

產(chǎn)水水質(zhì)滿足DL/Z 952—2005《火力發(fā)電廠超濾水處理裝置驗(yàn)收導(dǎo)則》要求：

SDI≤3濁度﹤0.4NTU

懸浮物﹤1 mg/L回收率≥90%

3 設(shè)計(jì)參數(shù)和處理工藝流程

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

總設(shè)計(jì)進(jìn)水量：2003 m/h

超濾系統(tǒng)產(chǎn)水量：803 m/h×2（回收率≥90%），自動(dòng)控制運(yùn)行。

3.2 工藝流程

圖1 超濾系統(tǒng)流程圖

4 工藝計(jì)算

4.1 超濾計(jì)算（按單套計(jì)算）

本項(xiàng)目超濾膜選用德國(guó)membrana品牌Ultra-Flux61膜組件，單根膜面積61 m2。設(shè)計(jì)要求超濾系統(tǒng)單套凈產(chǎn)水量為80 m3/h，膜通量不大于65 L/（m2·h），則

膜數(shù)量=出水量/（單根膜面積×膜通量）=（80000÷90%）/（61×65）≈22.4（支）

故每套超濾裝置取23支膜組件。

反洗水泵流量的選擇：反洗通量為進(jìn)水通量的2～3倍，取3倍，則反洗流量為：Q=膜數(shù)量×單根膜面積×膜通量=23×61×65×3=273.585 m3/h，取280 m3/h，揚(yáng)程：0.3 mPa，電機(jī)功率為55 kW，過(guò)流材質(zhì)：304 SS，配變頻電機(jī)，防護(hù)等級(jí)：IP54，F(xiàn)級(jí)絕緣，B級(jí)溫升考核，選用型號(hào)：IH200-150-315

4.2 加藥量計(jì)算

4.2.1 超濾反洗加藥

反洗加藥系統(tǒng)包括反洗加藥箱和加藥泵（計(jì)量泵），在超濾系統(tǒng)進(jìn)行反洗時(shí)，反洗加藥一并進(jìn)行（若原水進(jìn)入超濾前已連續(xù)加氯殺菌，反洗可不必加藥）。

反洗所加藥劑為10%NaClO溶液，直接倒入加藥箱中，在管道中稀釋成3～5 ppm。設(shè)計(jì)反洗水量為產(chǎn)水量的3倍，Q反洗=3×80 m3/h =240 m3/h

需10%NaClO溶液量=240 m3/h×3 mg/L /10%=7.2 kg/h

則所需反洗加藥計(jì)量泵的流量為8 L/h

4.2.2 超濾化學(xué)加強(qiáng)反洗（CEB）

CEB系統(tǒng)包括酸洗（pH值=2的HCl）加藥箱和酸洗計(jì)量泵，以及堿洗（pH值=12的NaOH和50-100 ppm的NaClO）加藥箱和堿洗計(jì)量泵。

CEB水量計(jì)算

QCEB=120 L/（m2·h）×總膜面積m2

本工程每套23支Ultra-Flux61組件，則

QCEB=120 L/（m2·h）×61 m2×23=168.4 m3/h

酸洗計(jì)量泵計(jì)算

pH值=2酸洗水需加HCl量

=168.4m3/h×10-2 mol/L×36.5 g/ mol=61.5 kg/h

需加30%HCl溶液=61.5/30%=205 kg/h

則酸洗計(jì)量泵流量=205 L/h

堿洗計(jì)量泵計(jì)算（NaClO和NaOH計(jì)量泵合用）

NaOH原料為固體，在加藥箱中配成40%濃度，在管道中稀釋成pH值=12。

需NaOH量=168.4 m3/h×10-2 mol/L×40 g/mol= 67.4 kg/h

需加40%NaOH溶液=67.4/40%=168 kg/h

NaClO原料為10%的溶液，直接倒在加藥箱中，在管道中稀釋成50～100 ppm。

需NaClO量=168.4 m3/h×50 mg/L=8.4 kg/h，需加10%NaClO溶液=8.4/10%=84 kg/h

故需堿洗計(jì)量泵流量=168+84=252 L/h

4.2.3 超濾化學(xué)清洗

化學(xué)清洗水量根據(jù)組件支數(shù)而定。

每套23支Ultra-Flux61組件，則

Q化清=3.9 m3/h×23=90 m3/h。

清洗藥劑包括pH值=2的HCl以及pH值=12的NaOH和50～100 ppm的NaClO。

按一年進(jìn)行兩次化學(xué)清洗，每次加藥30 min

則所需30%HCl溶液量=90 m3/h×10-2 mol/L×36.5 g/mol /30%=110 kg/h

每次清洗需HCl量=110 kg/h×0.5 h=55 kg/次

所需固體NaOH量=90 m3/h×10-2 mol/L×40 g/mol

=36 kg/h

每次清洗需NaOH量=36 kg/h×0.5 h=18 kg/次

所需10%NaClO溶液量=90 m3/h×100 mg/L/10%=90 kg/h

每次清洗需NaClO量=90 kg/h×0.5h=45 kg/次

4.3 疊片過(guò)濾器的設(shè)計(jì)（按單套計(jì)算）

疊片過(guò)濾器選用以色列ARKAL的產(chǎn)品，其回收率≥90%，按90%計(jì)算，則疊片過(guò)濾器進(jìn)水流量：80 3m/h÷90%÷90%=98.77 m3/h≈100 m3/h

則疊片過(guò)濾器出力：100 m3/h；單元規(guī)格：3"增強(qiáng)尼龍；每臺(tái)過(guò)濾器單元數(shù)量：5個(gè)；過(guò)濾面積：4400 cm2；過(guò)濾精度：100 ?m；疊片材質(zhì)：PP；進(jìn)出水口徑：6"×6"；工作壓力：0.1～0.5 MPa；設(shè)備選型：ARKAL 3SK5IS

4.4 超濾進(jìn)水泵的設(shè)計(jì)選型

超濾水泵進(jìn)水流量取100 m3/h，揚(yáng)程0.5 Mpa，電機(jī)功率為22 KW，過(guò)流材質(zhì)：304 SS，配變頻電機(jī)，防護(hù)等級(jí)：IP55，F(xiàn)級(jí)絕緣，B級(jí)溫升考核，選用型號(hào)：IH100-65-200

5 運(yùn)行效果

運(yùn)行效果能滿足反滲透進(jìn)水要求，根據(jù)近3年的運(yùn)行抽樣數(shù)據(jù)看，該系統(tǒng)產(chǎn)水品質(zhì)很好，運(yùn)行穩(wěn)定。

圖2 超濾系統(tǒng)產(chǎn)水SDI變化曲線

圖3 超濾系統(tǒng)跨膜壓差TMP變化曲線

圖2與圖3清晰地反應(yīng)了污堵指數(shù)（SDI）與跨膜壓差（TMP）隨時(shí)間的變化。在跨膜壓差為25～40 kPa的情況下，其產(chǎn)水污堵指數(shù)基本在3以下。需要說(shuō)明的是，系統(tǒng)運(yùn)行與操作人員的素質(zhì)也成正比，該套系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行情況良好，基本4-6個(gè)月才化學(xué)清洗一次，可見超濾膜通量的取值是恰當(dāng)?shù)模瑸V系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）超濾作為反滲透的預(yù)處理單元是合適的，超濾系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定，完全滿足RO進(jìn)水SDI15<3的要求。（2）對(duì)于母管制進(jìn)水，各超濾單元采用恒壓閥控制進(jìn)水壓力的超濾系統(tǒng)很可能發(fā)生各單元水量分配不均的問(wèn)題，建議采用母管設(shè)計(jì)加各單元進(jìn)行流量控制的方式或一臺(tái)給水泵對(duì)一套超濾單元的設(shè)計(jì)，這樣可以避免各超濾單元之間的水量分配不均的問(wèn)題。（3）實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，部分工藝配置或進(jìn)水水質(zhì)變化可能會(huì)造成實(shí)際超濾產(chǎn)水回收率低于設(shè)計(jì)水平，因此超濾出力在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上應(yīng)該適當(dāng)增加一點(diǎn)余量，這樣才能保證超濾凈產(chǎn)水能夠滿足后續(xù)RO的進(jìn)水量要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉茉娥，蔡邦肖，陳益棠.膜技術(shù)在污水治理及回用中的應(yīng)用[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2004.