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锅炉水处理系统中反渗透装置的设计
江 宁
（中国石化集团南京设计院）
[内容摘要] 本文简要叙述了锅炉水处理系统中反渗透装置的设计
[关 键 词] 预处理、膜及结构、清洗剂
1.概述
1.1引言
反渗透装置用于含盐量高的脱盐水系统中，大大延长了离子交换器的再生周期，使运行费用得以控制，因此，广泛用于各行业的水处理装置中。由于本人在某总承包项目锅炉水处理装置中采用了反渗透装置，想借此谈谈有关反渗透装置用于锅炉水处理的一些体会。
1.2流程：
我们在一些锅炉水处理装置设计中常常采用的流程如下：
原水原水箱原水泵多介质过滤器活性炭过滤器精密过滤器高压泵膜组件中间水箱
反洗水泵↗
絮凝剂
压缩空气↗
阻垢剂
清洗水箱清洗泵精密过滤器
中间水泵进一步除盐
我们常把主流程中的精密过滤器以前的部分称为反渗透装置的预处理。
2.预处理：
2.1预处理的设计
在运行一段时间后，反渗透膜元件会受到水中可能存在的悬浮物质或有机物的污染，这些物质中常见的为碳酸钙垢、硫酸盐垢、金属氧化物垢、硅沉积物或有机物。污染是缓慢发展的，如果不在早期采取措施，在短时间内，会损坏膜元件的性能。所以，在反渗透之前，我们一定要进行预处理。当然，还要对系统性能进行定期检测，以确认膜元件发生了什么污染，不同污染物会对膜元件造成不同程度的损害。以下就谈谈这个问题。
2.1.1胶体及悬浮物：
胶体物质会造成膜表面污染，使颗粒物沉积；悬浮物会堵塞和损伤膜。
“火力发电厂化学设计技术规程”DL/T5068-1996中对有关反渗透装置的进水SDI值是这样控制的：对醋酸纤维素膜，SDI值我们知道，SDI是由500ml原水初通过0.45μm过滤器所需时间,与原水在常压下连续通过过滤器15分钟后所需时间之比计算而得。我们这样测得的SDI值，称为淤泥密度指数，反映了胶体及悬浮固体的多少，通常采用多介质过滤器和絮凝剂相结合来使得SDI值得到满意。
2.1.2过量溶解盐：
较高的PH值，碳酸钙就会沉积下来。我们知道，沉淀物不仅会附着在膜的表面，而且也能渗入到膜的内部，既加大了电阻，减少了膜的有效面积，也破坏了膜的结构，对原水淡化不利。为防止碳酸钙垢，可使原水酸化，将碳酸盐转化成CO2，或在苦咸水系统中，使RO浓盐水的朗格里尔指数为负值，也可在原水中添加阻垢剂或采用软化方法降低钙硬度，以阻止发生沉淀，来减少甚至免去酸化原水，对其它过量溶解盐，如硫酸钙、钡引起的结垢，也可采用添加阻垢剂或其它方法加以解决，但要进一步核算。
2.1.3生物：
生物污染可导致膜单位面积水速率逐步下降，通过膜的压力和膜两侧的压差逐步增大，膜对溶解物的透过性逐步增大，并产生如下影响：RO系统清洗与维护费用增加；产水水质变坏；膜的寿命缩短。
消除生物污染，若采用注入氯气的方法，必须考虑膜的耐氯性能。
一般进入RO膜组件之前，原水必须先脱氯。采用活性炭过滤器就是这个原因。活性炭脱氯作用并非是单纯的吸附过程,同时在其表面也发生了一系列的化学反应,活性炭脱氯机理是：C+2Cl2+2H2O=4HCl+CO2, 活性炭在整个吸附脱氯过程中,只是损失少量炭,例如,用1m3的活性炭处理余氯量为4mg/L的自来水，可连续处理13.5万m3使其余氯量小于0.01 mg/L 。(DL/T5068中对进反渗透的游离余氯是这样控制的：对醋酸纤维素膜，余氯量另外，活性炭有吸附有机物和胶体的作用,它的平均吸附能力为0.2kgCOD/kg炭左右, (DL/T5068中对进反渗透装置的化学耗氧量是这样控制的：对醋酸纤维素膜、复合膜，化学耗氧量对新装入的活性炭进行酸洗和清洗,可以获得好的出水水质。 在正常运行时, 活性炭过滤器出水品质一般能够控制在2 CODM以下。
2.2预处理设备：
2.2.1多介质过滤器：
为防止设备和管道的腐蚀使原水水质恶化，对该设备和管道均要求防腐，
经过混凝沉淀或澄清的原水，其浊度通常在20 mg /Ｌ左右。多介质过滤器进水浊度应在20 mg /L以下，这时出水浊度能够控制在5 mg /L以下，当其进水浊度在10 mg /L以下时，出水浊度能够控制在2 mg /L以下。
当多介质过滤器出口压差达到一定值或SDI4，应进行反冲洗，并应配有空气擦洗，以保证反洗干净、彻底。
2.2.2活性炭过滤器：
为防止设备和管道的腐蚀使原水水质恶化，对该设备和管道均要求防腐，活性炭宜选用果壳类，一般10～28目。
活性炭的使用寿命一般为一年，可采用监测进水COD的变化来监督它是否失效。
2.2.3精密过滤器：为保护高精度公差泵和RO单元，在高压泵和膜单元前常采用精密过滤器以除去原水中的颗粒，例如：当过滤器内微孔介质的孔径为3～10μm时，可除去0.05～10μm的微粒。在清洗系统中，同样需要它来作预处理以防将杂质带入RO 系统中。
精密过滤器由不锈钢制成，带有聚丙烯滤芯，滤芯使用寿命一般考虑为3～4个月，或当大于设定的压差时应当更换。过滤器的精度、始通量均应检测以达到设计值。
2.3 预处理方法摘要:
以上谈的是锅炉水处理常见的预处理措施,下表将是适应较广范围水质的预处理。
问题 初次预处理 目的 负面的预示 第二次预处理 目的
(1)
Ca/Mg碳酸氢盐垢 (a)
碱交换软化 移除：以溶解的NaHCO3置换Ca/Mg 高TDS引起通漏800mg/L；在大于9000m3/d时太贵 多价鳌合剂 延缓形成沉淀的趋势
(b)
石灰软化 移除：沉淀Ca及碳酸氢盐，如CaCO3和沉淀Mg,如Mg(OH)2 对小于5000 m3/d不合适 多价鳌合剂或酸 阻止续后沉淀
(c)
加酸 移除：以较易溶解的氯化物或硫酸盐代替碳酸氢盐 所需酸的困难和费用 多价鳌合剂 加酸失败的代替方案
(d)
加多价鳌合剂（不推荐） 稳定：延缓沉淀的生成及改变沉淀物的性质 其他方法较可靠；错误的剂量，停滞的死区或错误的停车方法都会引起结垢
(2)硫酸钙垢 (a)
碱交换 移除：以溶解的NaHCO3置换Ca/Mg
(b)
加多价鳌合剂 移除：沉淀Ca及碳酸氢盐，如CaCO3和沉淀Mg,如Mg(OH)2
(3)硅垢 (a)
提高温度 稳定：提高溶解度 加热费用
(b)
石灰软化 移除：用CaCO3和Mg(OH)2带走一些硅石 对小于5000 m3/d不合适
(4)
铁沉淀 (a)
氧化（鼓气）及过滤 移除：成Fe(HO)3沉淀，用过滤方法容易除去 存在如H2S的其它氧化物 注入酸 阻止进一步沉淀
(b)
除去氧化剂，如空气或氯气 稳定：保持铁呈可溶的亚铁状态 不适宜间歇操作或操作人员素质差的场所 注入酸 阻止絮凝剂的续后沉淀
(c) 注入酸 稳定：保持铁在溶液中 PH值需达近似5，所以酸费用高
(5)
胶体 (a)
絮凝及过滤 移除：引导胶体形成可滤去的大颗粒 注入酸（对某些絮凝剂） 阻止絮凝剂的续后沉淀
(b)
碱交换软化 稳定：阻止絮凝成溶液而被浓缩及胶体直接通过RO装置进入浓缩液 对高TDS水不适合，它将泄漏过软化器，导致软化水总硬度大于5mg/L
(6)
（氯气）及过滤 移除：杀灭，然后沙滤除去 （a） 注入偏亚硫酸氢钠
（b） 炭过滤 移除会给透过器造成其它损害的氯气
(7)硫化氢 (a)
脱气和加氯 移除：大部分H2S作为气体而脱除，余下的H2S氧化成硫酸盐 硬水要求在脱气前注入酸以防止在脱气塔填料上结垢 注入偏亚硫酸氢钠、炭过滤
(b)
除去氧化剂，如空气、氯气 稳定：存留在溶液中 存在或操作、维修人员素质差 透过液必须脱气；废料清除远离居住区 该气体危害健康
(8)氯或其它强氧化剂 (a)
注入偏硫酸氢钠 移除：化学破坏氯气 若注入失败，将遭受巨大损害 辅助以第二次注入 ；也辅助了膜的
(b)
炭过滤 移除：吸附氧化剂 过滤器成为繁殖的场所，须周期予以再生及更换
3.高压泵：
对于小系统一般选用单级高速离心泵,对于大系统,则选用多级离心泵。尽管增大压力会使每单位膜面积的水流量提高，但泵的选型主要在于对流速、压力、价格和操作费用的权衡，设定的压力一般应考虑到在预期冷水温所需压力，再留有10％左右的富裕。对于苦咸水为0.69～2.76 MPa，对于海水为5.52 MPa 。
高压泵的材质采用不锈钢制造。
为防止高压泵进口缺水引起泵的空转，泵进口应有低压保护；同时，为防止高压泵出口压力突高危及膜组件，泵出口应有高压保护。其保护具体为压力开关发信号至自控系统并报警，泵自动停止运行。为防止高压泵突然启动升压产生对RO膜元件的高压冲击，破坏反渗透膜，在每套RO装置的高压泵出口至RO膜组件之间设置一个慢开电动阀门，使膜元件逐渐升压至一定压力。
4.膜的选用
4.1膜的分类：
4.1.1醋酸纤维素膜：
化学稳定性差，在运转期会发生水解，一般应在5～30℃及ＰＨ值4～6.5下连续运行。该膜会被生物侵蚀。但由于它具有可以连续暴露在低含氯量环境下的能力，所以也可以消除生物侵蚀。因为该膜的稳定性差，随运行时间的增长，膜的截流率会下降。
醋酸纤维素膜常用于SDI高的废水处理及饮用水纯化。
4.1.2芳香聚酰胺膜：
化学稳定性好，能在5～30℃及ＰＨ值4～11间连续运行，但原水需脱氯。
芳香聚酰胺膜常用于高TDS的原水，如有许多用于海水井及高TDS的地下水处理。
4.1.3薄膜复合膜：
有较大的化学稳定性，在中等压力下运行就具有高的水通量、盐截流率、抗生物的侵蚀能力，能在0～40℃及ＰＨ值2～12间连续操作，但原水需脱氯和其它氧化物。
薄膜复合膜是高纯系统的膜，常被用于任何大的RO系统。
4.1.4膜材料的特性：
选择膜必须考虑的因素是：膜的水通量、盐截流率、耐氯和其它氧化物的能力、抗生物侵蚀能力、抗胶体与悬浮物的污染能力、机械强度的高低（影响到是否耐高压）、化学稳定性、相适应的操作温度范围、相适应的ＰＨ值范围，当然也要考虑价格。
4.2膜的结构
4.2.1螺旋卷式：
螺旋卷式装置是由膜＋产品水侧的多孔支撑材料＋膜＋原水－盐水隔网等依次迭合，组成一叶，二或多叶膜与开孔的聚氯乙烯或聚丙烯中心透过液管卷绕而成，盐水经隔网通过膜呈螺旋状向内流动，经中心管上的孔进入中心管，并排出。其结构适用于醋酸纤维素膜和薄膜复合膜。
螺旋卷式由于进水流道较敞开，故较抗污染，且清洗容易，更换也方便。膜材料适应性好，制造厂多，但具有产生浓差极化的趋势，多单元中，对个别单元的检修困难。
4.2.2中空纤维式：
把中空纤维束定向平行放置于开孔的中心管上，盐水从中心管一端导入，沿整个长度分配，径向向外流过纤维的外侧，淡水由另一端引出。纤维外径为50～200μm，内径为25～42μm。其结构适用于芳香聚酰胺膜。
中空纤维式易检修，纤维束的更换方便，但对胶体与悬浮物的污染较难适应，且制造厂家与膜材料有限。
4.3膜的性能要求：
膜应具备的特性是：耐高压、无内漏和外漏、易清洗、淡水侧和盐水侧的压力降小、材料的抗腐蚀性能强。
4.4膜组件设计：
大多数情况下，我们不能简单地运用一组膜元件产水一吨的经验，而需要使用膜制造商提供的软件计算出膜组件的运行数据，来选择合理的排列方式，否则会出现该系统下某个膜组件的能力超限的情况。
5.RO清洗装置（化学清洗）：
5.1清洗指标：
以下情况表示膜应当进行清洗：
A.在正常压力下，产品水流量下降了10％
B.为维持正常的产品水流量，给水压力增加了10％
C.产品水质降低了10％，盐透过率增加了10％
D.RO各段间的压差增加明显
膜的清洗通常要求每半年一次。但是，膜的清洗液的ＰＨ值必须控制在与膜相适应的范围内。
5.2清洗剂
无论选用什么清洗剂，均应选择适当的配比方式来进行，为此，要查阅有关膜的说明。
5.2.1柠檬酸盐
它是碳酸盐和铁基垢的有效的沉积物去除剂。
5.2.2碱(常用NaOH)
使沉淀物松动、乳化和分散，对湿润油、脂、污秽物和生物物质，与表面活性剂一起作为脱垢剂；对硅酸盐等难除物质，通常与酸清洗剂一起交替使用。
5.2.3鳌合剂
主要有EDTA和柠檬酸等。EDTA 较柠檬酸有更强的鳌合能力，常用于溶解碱土金属硫酸盐。
5.2.4剂
甲醛、亚硫酸氢钠和亚硫酸氢钠/甘油溶液作为剂是有效的，并且不具备氧化性能，与膜能很好的相容。
如果使用过氧化氢或过氧化氢与乙酸的混合液作剂，注意在给水中不应含有过渡金属(Ｆe,Mn）,否则会使膜表面氧化，从而造成膜元件的降解。在液中，过氧化氢浓度不超过0.2％，不应将过氧化氢用作膜元件长期停运时的保护液，在使用中，水温不超过25℃。
5.2.5其它
硅垢：对于不是与金属氧化物或有机物共生的硅垢，一般只有通过专门的清洗方法，才能将它们去除，这只有与膜的制造公司联系。
严重有机污染物（如微生物粘泥或霉斑）：可使用三聚磷酸钠加十二烷基苯磺酸钠去除。为防止再繁殖，可用适当的溶液，在系统中循环浸泡。可能需要很长时间。
6.结论：
预处理是反渗透装置运行好坏的基本保证，高压泵与膜组件的设计是处理水质量的关键，而针对性清洗的选择，是装置持续稳定运行。
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论电厂锅炉补给水处理中需注意的几个问题
摘 要：结合当前电厂锅炉在补给水处理环节中的几个需要注意的问题进行论述，并提出了相应的改进措施和建议，以供大家探讨。
关键词：锅炉；补给水；防腐；环保；管理
规范电厂锅炉补给水处理工作，不但可以有效防止和减少锅炉结垢、腐蚀及其蒸汽质量恶化而造成的事故，而且有利于促进电厂锅炉运转的、经济、节能、环保。由此可见，电厂锅炉补给水的处理在锅炉整体运转中起着至关重要的作用，直接影响着机组的、健康和平稳运行，但其中有几个问题需要我们在电厂锅炉补给水处理中加以注意，并在实践工作之中不断研究探索其解决之道。
1 电厂锅炉补给水处理中的防腐蚀问题
电厂锅炉在补给水过程中的防腐蚀问题，关系着锅炉的运行，关系着锅炉能否发挥出设备厂家设计的相关指标和标准，关系着电厂的运行成本和作业效率。因为，电厂锅炉如在补给水这一工艺环节处理不当，容易使锅炉内体产生腐蚀性的化学物质，其在锅炉内沉积或附着在锅炉管壁和受热面上，会进而形成难熔和阻障热传导的铁垢，而且腐蚀会造成锅炉管道的内部壁体出现点坑，导致阻力系数的变大，管道腐蚀到一定程度，会产生管道爆炸的生产事故，给企业和国家的财产造成不必要的损失。目前，针对这一问题主要有以下几种解决办法。
1.1除氧防腐
国家规定蒸发量大于等于2吨/小时的蒸汽锅炉、水温大于等于95摄氏度的热水锅炉都必需进行除氧，否则会腐蚀锅炉的给水系统和零部件。
目前，除氧防腐的途径主要有三种，一是通过物理的方法将水中的氧气排出；二是通过化学反应来排除水中的氧气，使含有溶解氧的水在进入锅炉前就转变成稳定的金属物质或者除氧药剂的化合物，从而将其消除，常用的有药剂除氧法和钢屑除氧法等；三是通过应用电化学保护的原理，使某易氧化的金属发生电化学腐蚀，让水中的氧被消耗掉，达到除氧的目的。例如，热力除氧防腐技术是将电厂锅炉给水加热到沸点，以达到减小氧的溶解度的目的，这时水中的氧气就会不断地排出，这种方法操作控制相对简便，是目前应用较多的除氧防腐方法，但这种方法也存在着自身的不足，如易产生汽化、自耗汽量大等。相对于热力除氧防腐技术的是真空除氧技术，这种技术一般情况下是在30摄氏度至60摄氏度之下进行的，可以有效实现水面低温状态下的除氧，对热力锅炉和负荷波动大而热力除氧效果不佳的锅炉，均可采用真空除氧而获得满意的除氧效果。化学除氧防腐技术主要有亚硫酸钠除氧、联氨除氧、解析除氧、树脂除氧等，都可以达到较好的除氧防腐效果。
1.2加氧除铁防腐
电厂锅炉补给水系统中铁含量的升高对锅炉内体造成的腐蚀可以导致锅炉氧化铁污堵、结垢等腐蚀现象，在实践工作中可以通过给水加氧技术有效解决这一问题。补给水加氧技术与补给水除氧技术截然相反，是结合锅炉不同工况而采用的一种防腐技术。目前，我国已在《直流锅炉给水加氧处理导则》行业标准中将电厂普遍采用的给水加氧、加氨处理称为给水加氧处理。给水处理采用加氧技术的目的就是通过改变补给水的处理方式，降低锅炉给水的含铁量和抑制锅炉省煤器入口管和高压加热器管等部位的流动加速腐蚀，达到降低锅炉水冷壁管氧化铁的沉积速率和延长锅炉化学清洗周期的目标。
电厂锅炉补给水加氧技术主要利用了氧在水质纯度很高的条件下对金属有钝化作用这一性质，其处理的原理是在给水加氧方式下，不断向金属表面均匀地供氧，使金属表面形成致密稳定的双层保护膜。这是因为在流动的高纯水中添加适量氧，可提高碳钢的自然腐蚀电位数百毫伏，使金属表面发生极化或使金属的电位达到钝化电位，在金属表面生成致密而稳定的保护性氧化膜。直流炉应用给水加氧处理技术，在金属表面形成了致密光滑的氧化膜，不但很好地解决了炉前系统存在的水流加速腐蚀问题，还消除了水冷壁管内表面波纹状氧化膜造成的锅炉压差上升的缺陷。但给水加氧处理必须在水质很纯的条件下才能进行。要控制好给水的电导率、含氧量、含铁量、电导率等参数。其前提是机组要配置有全流量凝结水精处理设备，因为凝结水处理设备的运行条件和出水品质的好坏，是锅炉给水加氧处理是否能正常进行的重要前提条件。同时，在应用给水加氧处理前锅炉原则上应进行化学清洗，除去热力系统中的腐蚀产物，可在炉前系统获得薄的保护性氧化膜。但同时要明确的是，加氧处理之所以可使炉前系统金属的表面产生钝化，除水质高纯度这一先决条件外，还必须有水流动的条件，即在流动的高纯水中加入氧气才能在金属表面产生保护性氧化膜，可以避免与除氧防腐技术相冲突，以达到较好的防腐效果。
2 电厂锅炉补给水处理中的环保问题
电厂锅炉补给水处理的环保问题，主要是指在补给水处理过程中产生的污水如果处理不当，会对环境造成一定的污染，尤其是当前多数电厂在补给水过程中都添加了一定的化学药剂，对环境产生的危害不断增加。因此，如何通过锅炉补给水的污水回收再利用技术，以达到节能减排的环保目标就至关重要。同时，这也是企业社会责任的一种体现。
采用污水回收再利用技术为电厂锅炉进行补给水处理需要我们结合不同的水质情况而运用相应的处理技术开展工作，其主要包括三个等级的处理，即：一级处理、二级处理和进行深度处理。污水处理技术按其作用机理又可分为物理法、化学法、物理化学法和生物化学法等。通常，污水回用技术需要集中污水处理技术进行合理组合，即各种水处理方法结合起来处理污水，这是因为单一的某种水处理方法一般很难达到回用水水质的要求。
污水回收再利用中通常采用的回用技术包括传统处理混凝、沉淀、过滤、活性炭吸附、膜分离、电渗析和土地渗滤等。如：传统物理化学工艺方法，即以混凝、沉淀、过滤、吸附等理论为基础，采用砂滤、活性炭吸附、混凝沉淀等工艺进行污水的回收再利用；膜分离工艺，由于膜固液分离技术具有良好的调节水质能力，从悬浮物到、病毒、孢囊，不需要投加药剂，设备紧凑且易于自动化，因此有人将它称为21世纪的水处理技术；生化与物化组合工艺流程，采用节约能耗、运行费用低的生物处理作为前段处理，去除水中大部分有机物，再配以物化方法进行把关处理，具有出水水质优于生物处理为中心的工艺流程，运行成本低于以物理化法学法为中心的流程。
3 电厂锅炉补给水处理中的管理问题
在上述文中已经对补给水处理中的一些问题从技术角度进行研究和探讨，但即使再成熟的技术也仍然需要人来操作实施，所以管理问题就成了一个核心问题。当前，在锅炉补给水的管理中也确实在一定程度上存在着重视不够、管理不严、执行不力等一系列的问题。同时，国家质检总局也于2008年批准颁布了新版的《锅炉水处理监督管理规则》，旨在规范锅炉水处理的管理工作。管理规则中鼓励和支持国家锅炉水处理行业协会加强行业自律，并对锅炉水处理系统的设计与制造、安装与调试、使用与管理、锅炉水处理的检验、锅炉的清洗和监督等事项进行了明确的规定。
在此笔者认为，加强在水处理工作中的管理要在国家或行业管理规范的基础，一是要结合电厂锅炉水处理的实际情况，制度符合单位实际的管理和监督制度，对管理事项进行确，对岗位职责进行明确，对责任管辖进行明确，并要制定相应的责任追究条款；二是要针对制度的条款要求，适时开展定期和不定期的工作绩效量化考核，以此来督促制度的落实，对问题的责任人进行追究；三是要开展好培训工作，对新技术及时进行讲解，以利于在实践中操作的准确性，提高工作效率。
综上所述，电厂锅炉补给水处理工作伴随着科学技术的进步和国家行业的要求，仍然需要在改革中进行创新，在继承中进行发展，在改革与发展中也会出现不同的问题，需要我们用科学发展的眼光、用开拓进取的思维模式、用与时俱进的工作作风进行探索和思考。
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