余熱發(fā)電化學(xué)水處理裝置一級反滲透技改創(chuàng)新實(shí)踐

摘要：四川省女媧建材有限公司余熱發(fā)電化學(xué)水處理裝置原設(shè)計(jì)采用的是一級反滲透+混床除鹽工藝流程，該裝置2017年3月復(fù)產(chǎn)投運(yùn)，運(yùn)行過程中出現(xiàn)膜元件結(jié)垢堵塞現(xiàn)象，無法穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)水水質(zhì)較差等。女媧建材于2020年7月開始對一級反滲透工藝流程進(jìn)行二級改造，于2020年8月改造完成。運(yùn)行至今，反滲透裝置除鹽率、產(chǎn)水電導(dǎo)率、產(chǎn)水水質(zhì)大大提高，也降低了操作強(qiáng)度，保證余熱發(fā)電汽水品質(zhì)合格。

關(guān)鍵詞：化學(xué)水處理裝置；一級反滲透；二級反滲透；電導(dǎo)率

引言：反滲透（RO）膜分離法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以消耗大量酸堿為代價(jià)的離子交換法，從而實(shí)現(xiàn)了純水制備過程中無需酸堿的使用，達(dá)到了綠色環(huán)保的要求。該系列純水機(jī)能夠有效地去除水中的各種懸浮物、膠體、微生物、有機(jī)物和溶解性鹽類等幾乎所有雜質(zhì)（去除率一般可達(dá)97～99%），是目前各種除鹽設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種，主要是應(yīng)用于海水、苦咸水的淡化；鍋爐用水的軟化；一般純水的除鹽；廢水的處理；超純水的預(yù)處理，可使離子交換樹脂的負(fù)荷降低90%以上，再生劑用量也可減少90%以上；食品醫(yī)藥、化工等的提純、濃縮、分離等方面。女媧建材余熱發(fā)電化學(xué)水處理裝置采用一級反滲透+混床除鹽工藝，一級除鹽系統(tǒng)原設(shè)計(jì)為10m3/h的工藝流程，采用二段膜處理技術(shù)，見圖1。二級除鹽系統(tǒng)采用混合離子交換技術(shù)。復(fù)產(chǎn)運(yùn)行后，反滲透裝置除鹽率低、產(chǎn)水電導(dǎo)率高、膜元件結(jié)垢等問題，導(dǎo)致鍋爐汽水品質(zhì)不合格，影響余熱發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.化學(xué)水處理裝置改造前生產(chǎn)情況

1.1工藝流程簡介

改造前化學(xué)水處理裝置為手動控制，過濾器正洗反洗均為手動閥，反滲透裝置本體采用二段膜處理工藝，膜元件采取8:4（即一段8支膜，二段4支膜）排列方式，原水先進(jìn)入多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器過濾，再進(jìn)入保安過濾器，經(jīng)高壓泵進(jìn)入一段進(jìn)行處理，處理后的產(chǎn)水進(jìn)入產(chǎn)水母管；處理后的濃水進(jìn)入二段再進(jìn)行處理，經(jīng)過二段處理后的產(chǎn)水同樣進(jìn)入產(chǎn)水母管，部分濃水排放，見圖1，產(chǎn)水母管水進(jìn)入中間水箱，經(jīng)由混床處理最終進(jìn)入除鹽水箱。見圖2。

1.2化學(xué)水裝置改造前存在的問題

（1）一級反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)除鹽率≥96%，回收率≥75%，出水量10m3/h，實(shí)際運(yùn)行情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)指標(biāo)，除鹽率80%,出水量7m3/h。見表1。

（2）多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器正洗、反洗均為手動控制，勞動強(qiáng)度大，清洗不及時(shí)無法保證進(jìn)膜水質(zhì)。見圖3。

（3） 一級反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo)率30-50us/cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到混床進(jìn)口水設(shè)計(jì)指標(biāo)：濁度≤2，電導(dǎo)率≤20us/cm。導(dǎo)致混床運(yùn)行周期短，再生頻率高，而且混床產(chǎn)水電導(dǎo)率高，出水殘留硬度高，影響汽水品質(zhì)。見圖4。

（4）不符合精益生產(chǎn)要求，需配備一名專職人員制水沖洗。  

1.3產(chǎn)生問題的主要原因

（1）實(shí)際水質(zhì)含鹽量高于設(shè)計(jì)水質(zhì)，反滲透回收率高，導(dǎo)致反滲透膜表面污染。

（2）水源的雜質(zhì)和濁度高，對膜元件造成一定污染，降低了水流速度，對鈣鎂鹽垢的形成起到一定的作用。

（3）一級反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致二級混床入口水質(zhì)超標(biāo)，長期處于超負(fù)荷運(yùn)行，離子樹脂交換被嚴(yán)重污染，再生頻率高，再生還原度低，出水水質(zhì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。

2.化學(xué)水處理裝置改造工藝

2.1化學(xué)水處理裝置改造方案

（1）將多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器手動閥門均改為電動閥，根據(jù)制水時(shí)效自動清洗。見圖5

（2）將原有混床除鹽系統(tǒng)拆除，新增一套二級反滲透系統(tǒng)。見圖6。

（3）將原有一級反滲透系統(tǒng)和新增二級反滲透系統(tǒng)并聯(lián)進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)，系統(tǒng)均采用西門子公司的PLC可編程控制器（S7-200）作為下位機(jī)全自動控制（RO化學(xué)清洗除外）、監(jiān)測、計(jì)量和控制與之相關(guān)的液位、流量、壓力、水泵的啟停等參數(shù)，完成電氣自動化控制和儀表信號的采集，實(shí)現(xiàn)無人值守自動化運(yùn)行。

（4）整個(gè)水處理系統(tǒng)采用兩級控制：就地手、自動兼中控室控制并能采用工控微機(jī)實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，見圖7。可隨時(shí)查詢系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，并能定期制定報(bào)表，繪制運(yùn)行曲線，分析運(yùn)行成本和設(shè)備性能。見圖8。

（5）大流量循環(huán)RO膜表面自動沖洗，可延長RO膜及整套設(shè)備的使用壽命；所有水箱全自動液位控制：原水箱、中間水箱、除鹽水箱；系統(tǒng)內(nèi)所用泵的起停：原水泵、中間水泵、一二級高壓泵；具備自動保護(hù)和報(bào)警功能：開機(jī)自檢、缺水保護(hù)報(bào)警、停電自動復(fù)位、高低壓自動停機(jī)保護(hù)并處理、水箱水滿自動停機(jī)、低液位報(bào)警并處理。

（6）新增2*30m3原水箱，并將原有原水箱改為中間水箱，原有中間水箱改為除鹽水箱，即水箱現(xiàn)狀：2*30m3原水箱，30m3中間水箱，2*30m3除鹽水箱。增加了除鹽水儲量，保證鍋爐用水。

（7）將一級反滲透裝置產(chǎn)水與第二級反滲透裝置產(chǎn)水管線安裝三通閥，突破了傳統(tǒng)反滲透理論和工藝流程中，一級反滲透裝置產(chǎn)水和二級反滲透裝置產(chǎn)水不能混合的限制，解決了特殊情況下（二級反滲透產(chǎn)水能力不足），用一級反滲透水補(bǔ)充。見圖8。

2.2化學(xué)水處理裝置改造后運(yùn)行

經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，改造后的一級和二級反滲透裝置自動運(yùn)行穩(wěn)定，各參數(shù)正常，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，最終二級反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率≤5us/cm，符合鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)見表2、表3。

從運(yùn)行參數(shù)中可以看出，一級和二級反滲透裝置運(yùn)行水質(zhì)都有了一定程度的改善，反滲透運(yùn)行狀況有了較大的提高，運(yùn)行穩(wěn)定性也大大提高。

2.3化學(xué)水處理裝置改造后運(yùn)行狀況

從2020年7月28日改造完成運(yùn)行至今，效果顯著，不僅解決了裝置運(yùn)行穩(wěn)定性和水質(zhì)問題，同時(shí)也取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，并在傳統(tǒng)反滲透工藝流程上也做了一定改變。

（1）反滲透系統(tǒng)運(yùn)行情況

反滲透裝置的投運(yùn)或退出主要是控制高壓泵的起動或停止來實(shí)現(xiàn)，而高壓泵的起、停是通過低壓保護(hù)開關(guān)和RO產(chǎn)水箱的水位變化來決定的。在本系統(tǒng)中一級RO通過高低壓保護(hù)開關(guān)控制，二級RO通過除鹽水箱的液位來控制反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行。

當(dāng)除鹽水箱水位處于低液位時(shí)，高壓泵運(yùn)行，當(dāng)除鹽水箱的水位升高至高液位時(shí)，此時(shí)就將反滲透裝置退出。相反，當(dāng)除鹽水箱的液位由高至低相反過程時(shí)，反滲透的投運(yùn)順序同時(shí)以相反的順序進(jìn)行。

采用該控制方式，不僅可以節(jié)約回水，又可以節(jié)省費(fèi)用，因?yàn)榉礉B透本身的運(yùn)行成本主要來自高壓泵的耗電。

（2）兩級反滲透系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)水能力由原來的7m3/h提高到10m3/h，產(chǎn)水電導(dǎo)率≤5us/cm。

（3）改造后經(jīng)濟(jì)效益

改造前多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器內(nèi)部濾料每年更換費(fèi)用1.6萬元，反滲透膜易結(jié)垢堵塞每2年更換費(fèi)用5.5萬元，樹脂再生、更換費(fèi)用1萬元。減少一名專職制水人員。

綜上所述，1年可節(jié)約6萬元。

3.結(jié)論

四川省女媧建材有限公司在遵照化學(xué)水處理反滲透理論和技術(shù)原則的基礎(chǔ)上，在反滲透工藝技術(shù)改造中，采取了一些新的思路和工藝流程。

（1）取消了混床除鹽系統(tǒng)，減少了環(huán)保污染。

（2）將反滲透一級和二級產(chǎn)水管線設(shè)置三通閥，充分考慮特殊情況下二級反滲透產(chǎn)水不足的情況，在實(shí)際生產(chǎn)中保證產(chǎn)水量。

（3）節(jié)約了人工成本及設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

（4）提高了設(shè)備可靠性，減少故障停機(jī)次數(shù)，保證生產(chǎn)用水。

（5）優(yōu)化水質(zhì)數(shù)據(jù)，保證鍋爐用水水質(zhì)合格，提高鍋爐使用壽命。

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