除鹽水站膜系統加藥設計研究

李韻卒

(中電環保股份有限公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

除鹽水站是電廠或者化工廠的公輔系統。由于鹽會對大多數設備和機器造成腐蝕和損壞，因此在許多行業都需要使用除鹽水，如石油化工、制藥、電子、紡織、造紙等。除鹽水站可以有效地去除水中的鹽分、重金屬、有機物及微生物，提高了生產效率和產品質量，在工業生產中，其出水用于鍋爐或化工工藝各個工段[1-2]。除鹽水站膜系統主要包含超濾單元、一級反滲透單元、二級反滲透單元、EDI 單元，其中任何一個單元出現污堵情況，除鹽水站都無法生產出達標達量的除鹽水。除鹽水站的水源可以是中水、地表水、廠區蒸汽冷凝液等，水中鈣、鎂離子或有機污染物在膜系統運行過程中會滋生微生物或產生無機結垢，從而導致膜系統污堵使得膜通量產生衰減，出水能力達不到設計要求，為了恢復通量，會在除鹽水站膜系統運行過程中加藥，加藥系統的設計是保證除鹽水站膜系統水質水量達標以及穩定運行的關鍵步驟。

1 除鹽水站膜系統加藥種類及規格

除鹽水站的加藥種類很多，考慮到經濟性和實用性，最常用的藥劑有：濃度10% 的殺菌劑溶液，主要成分為次氯酸鈉；濃度30%～31% 的酸溶液，主要成分為氯化氫；濃度32%～40% 的堿溶液，主要成分為氫氧化鈉；濃度100% 的還原劑粉末，主要成分為亞硫酸氫鈉；濃度100% 的阻垢劑溶液，主要成分為含磷小分子；濃度100% 的非氧化性殺菌劑溶液，主要成分為DBNPA、異噻唑啉酮等；濃度3%～25%的氨水，主要成分為氨。

2 除鹽水站膜系統加藥的作用

(1)殺菌劑具有氧化性，用于控制微生物滋生，主要用于超濾加強反洗時加藥，若除鹽水站系統來水微生物含量或有機物含量較高時，也需在來水中加入少量殺菌劑用于控制微生物生長。

(2)酸通過降低pH 控制部分無機類垢的形成。

(3)堿用于當有機物或微生物污染產生通量衰減時調節pH，殺菌劑在堿性條件下使用時效果更為顯著。

(4)還原劑用于還原水中容易氧化膜元件的物質。反滲透膜易被氧化，氧化造成的反滲透膜損害是不可逆的，反滲透膜廠家手冊要求膜元件進水余氯含量＜0.1 mg/L，為了消除前段工藝帶來的余氯，反滲透進水需要投加還原劑。

(5)阻垢劑用于改變表面活性物質的性質，將其轉化為不易產生垢積聚的混合物，防止鈣、鎂離子等結垢。反滲透在產出淡水的過程中會對來水進行濃縮，濃縮后的水中易結垢離子濃度達到飽和度后產生結垢，投加阻垢劑可以保證離子在高飽和度下仍然是離子狀態。當濃水中離子飽和度超過阻垢劑的能力范圍時，預處理需對相應離子進行去除。

(6)非氧化性殺菌劑也用于控制微生物，常規殺菌劑具有氧化性，適用于超濾膜的殺菌，而非氧化性殺菌劑是針對反滲透微生物滋生的殺菌劑。

(7)氨用于調節脫鹽水pH 值，以防止除鹽水腐蝕管道。

3 除鹽水站加藥系統配置

3.1 加藥點及加藥量配置

3.1.1 超濾單元加藥點及加藥量

超濾裝置的作用主要是通過選擇透過性能力來將水體中的細菌、顆粒物等雜質進行過濾，以避免二次污染[3-4]，同時保證后續脫鹽單元穩定運行。

在過濾過程中，由于污染物在超濾膜表面集聚，超濾單元的過濾阻力會慢慢升高，當跨膜壓差升高到約0.1 MPa 時或產水量下降到初始水量的80% 時，需要進行一次不加藥劑的常規反洗，常規反洗后超濾產水的跨膜壓差及產水量會恢復到初始過濾水平，超濾恢復正常運行。但當常規反洗后跨膜壓差或產水量不能恢復時，就需要進行加藥加強反洗。超濾常規加藥是在超濾加強反洗(CEB)時加藥，反洗分兩種加藥：酸洗0.1% HCl；堿洗0.05% NaOH+0.1% NaClO，加藥量根據水質情況和超濾廠家要求適當調整。

此外，當超濾單元來水COD 較高時，可在超濾進水母管投加約5 mg/L 的殺菌劑，以控制微生物滋生。但微生物具有耐藥性，殺菌劑加藥量較少時，運行一段時間后，微生物還會滋生，此時超濾進水可進行沖擊性加藥，投加非氧化性殺菌劑200 mg/L，一次約加藥30 min。沖擊性加藥后，管道及裝置中滋生的微生物會被清除。

當超濾來水硬度和堿度較高、超濾易發生碳酸鈣結垢時，超濾進水母管需投加鹽酸5～10 mg/L，以保證進水顯弱酸性，pH 值為6～6.5，可以有效解決超濾裝置無機鹽結垢問題。

3.1.2 一級反滲透單元加藥點及加藥量

前段超濾運行過程中會用到殺菌劑，而殺菌劑一旦進入反滲透膜單元，會氧化反滲透膜元件，對反滲透膜造成不可恢復的損壞。因此，一級反滲透進水需投加還原劑，還原劑一般投加在反滲透進水母管，投加量為3～10 mg/L，24 h 連續投加。非氧化性殺菌劑一般也投加在反滲透進水母管，但要與還原劑的加藥點分開，投加量約為200 mg/L，頻率為兩周或一月一次，一次約30 min，具體的投加量和頻次需根據水質情況和運行情況確定。在加藥順序上，可先投加還原劑，將會氧化膜元件的氧化性物質還原，再投加非氧化性殺菌劑，對膜元件中的微生物進行加藥殺菌。為了保證加藥均勻、保證藥效，阻垢劑一般投加在支管，即每套反滲透的進水管上，投加量為1～5 mg/L，24 h 連續投加。若來水硬度、堿度較高，需投加酸，酸一般投加在反滲透進水母管上，投加量為3～20 mg/L(調節pH 值約為6.5)，24 h 連續投加。

3.1.3 二級反滲透單元及EDI 單元加藥點及加藥量

二級反滲透進水為一級反滲透產水，水質較好，鹽含量也較低，但一級反滲透因脫除了水中大部分鹽，使得產水呈現弱酸性。此時水中有一定量的CO2，由于反滲透膜和EDI 膜均無法脫除氣體，因此為了滿足除鹽水系統出水要求，需在進水管道上投加堿以調節pH，將水中的CO2轉化為CO32-和HCO3-，再通過膜脫除。同時，二級反滲透進水加堿能夠提高二級反滲透的脫鹽率，提高產水品質，堿一般投加在二級反滲透的進水母管，投加量為3～10 mg/L(調節pH 值約為8.3)，24 h 連續投加。

3.1.4 除鹽水系統出水加藥點及加藥量

系統產生的除鹽水為弱酸性，為了減輕除鹽水對輸送管道以及鍋爐的腐蝕、不增加鍋爐負荷，脫鹽水泵出口會投加氨來調節pH 值，氨一般投加在除鹽水出水母管，投加量為1～5 mg/L(調節pH 值約為8)，24 h 連續投加。由于氨氣是易燃易爆氣體，因此除鹽水站若設置加氨裝置，則需根據相關規范對廠房、裝置、儀表等設置防爆等級。

3.2 加藥泵變頻配置

加藥泵建議全部設置變頻，變頻控制可以使操作更方便、加藥控制更精準，但全部設置變頻會增加投資成本，考慮到經濟性和實用性，一般在母管上且同時對應多套膜裝置的加藥泵需配置變頻；設置在支管上且對應單套膜裝置的加藥泵以及超濾反洗加藥泵，可不配置變頻，調試時直接調至設計要求的參數即可。

3.3 加藥泵泵頭材質配置

殺菌劑和酸腐蝕性較強，計量泵泵頭材質建議選擇PVDF；堿、阻垢劑、非氧化性殺菌劑計量泵泵頭材質可選擇PVDF、PVC、不銹鋼、PP；還原劑計量泵泵頭材質可選擇PVDF、PVC、PP，不建議采用不銹鋼；氨計量泵泵頭材質建議選擇不銹鋼。泵頭材質為PVDF 的計量泵較其他材質成本高，其單臺價差不大，但脫鹽水站的計量泵數量較多，材質配置可權衡實用性和經濟性進行選擇。

上述加藥泵泵頭材質配置是考慮腐蝕和常規工程經驗的總結，實際設計時可根據項目的具體情況以及業主要求進行配置。

3.4 加藥箱及管道配置

殺菌劑加藥箱材質可選擇PE、鋼襯丁基膠；酸加藥箱材質可選擇PE、鋼襯膠；堿、阻垢劑、非氧化性殺菌劑加藥箱材質可選擇PE、鋼襯膠、不銹鋼；還原劑加藥箱(含攪拌裝置)材質可選擇PE、鋼襯膠。以上藥劑加藥管道、管件可采用UPVC、鋼襯塑管道。氨加藥箱及管道材質需采用不銹鋼。

上述加藥箱及管道配置是考慮腐蝕和常規工程經驗的總結，實際設計時可根據項目的具體情況以及業主要求進行配置。

3.5 吸收器配置

有些藥劑具有揮發性，會產生刺激性氣味，并且會腐蝕車間內的設備；部分藥劑也會和空氣中的某些氣體反應導致藥劑變質。因此，除鹽水系統加藥裝置需設置相對應的吸收器來維護加藥間的環境及設備。殺菌劑、酸加藥裝置需配置酸霧吸收器；堿加藥裝置需配置二氧化碳吸收器；氨加藥裝置需配置氨吸收器。

4 某化工廠除鹽水站工程實例

4.1 進水水質

某化工廠進水水質表如表1 所示。

表1 進水水質表

4.2 工藝流程

來自園區給水廠的生產水→生產水預熱裝置(冬季)→原水箱→自清洗過濾器→超濾裝置→一級RO保安過濾器→一級RO 裝置→二級RO 保安過濾器→二級RO 裝置→EDI 保安過濾器→EDI 裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→用水點。

一級RO 裝置的濃水采用濃水RO 裝置回收。

4.3 加藥系統配置及優化

根據系統來水水質COD ≤5 mg/L、余氯含量約為0.3 mg/L，系統來水中余氯含量較高，無需配置殺菌劑加藥，系統主要配置超濾加強反洗酸、堿、殺菌劑加藥裝置；一級反滲透進口配置阻垢劑1 mg/L、還原劑4 mg/L；二級反滲透進口加堿5 mg/L；除鹽水出口加氨2 mg/L；濃水反滲透進口加酸5 mg/L。因業主特別要求，加氨裝置計量泵泵頭采用不銹鋼材質、加藥箱采用不銹鋼材質；其他加藥裝置計量泵泵頭采用PVDF 材質、加藥箱采用PE 材質。酸加藥、殺菌劑加藥裝置分別配置DN500 酸霧吸收器；堿加藥裝置配置DN300 二氧化碳吸收器；氨加藥裝置配置氨吸收器，并且考慮防爆要求，加氨裝置設置在遠離除鹽水站的區域。

在系統開機至運行的過程中發現，微生物大量滋生導致超濾污堵，經檢測得到系統來水COD 約15 mg/L、余氯含量約0.01 mg/L，再加上冬期來水溫度較低，系統運行換熱器，水溫維持在25 ℃，殺菌劑缺失、溫度適宜、有機物充足導致微生物大量滋生。隨后立即在系統來水中增加殺菌劑加藥(10% 次氯酸鈉，5～10 mg/L)，調整后反滲透系統仍然有少量微生物滋生，再次在一級RO 裝置進口增加非氧化殺菌劑加藥，兩周加藥一次，加藥200 mg/L，一次加藥30 min，而后系統一直穩定運行。

4.4 系統出水品質

除鹽水站生產的除鹽水和高純水的水質必須達到國標GB/T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》高壓鍋爐給水水質要求，且不得低于除鹽水水質指標要求，如表2 所示。

表2 除鹽水水質指標

5 結語

本文中除鹽水站膜系統加藥種類及加藥量是基于目前的工程設計經驗，考慮實用性及經濟性的推薦值，隨著新興藥劑研發的快速推進，未來將會有新型的、更經濟、效果更好的藥劑出現，將會大大降低除鹽水系統的運行成本。