海水淡化微生物控制的運行優(yōu)化

劉軍，陳勇強，孫景建

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧省 瓦房店市 116319）

0 引言

我國是一個缺水嚴重的國家，隨著工業(yè)和城市的迅速發(fā)展，需水不斷增加，出現(xiàn)了供水緊張的局面，水資源的保證程度已成為某些地區(qū)經(jīng)濟開發(fā)的主要制約因素。2015年我國海水淡化產(chǎn)能規(guī)模達 73.76萬t/日，占產(chǎn)能的73%；總體以工業(yè)用水為主，2015 年工業(yè)用水工程規(guī)模為 67.73萬t/日，占工程規(guī)模的 67%。隨著水資源緊缺問題突顯以及國家的重視，海水淡化發(fā)展前景廣闊。遼寧紅沿河核電廠海水淡化系統(tǒng)是國內(nèi)核電站首個海水淡化項目，該項目采用兩級反滲透膜法海水淡化工藝。作為紅沿河核電廠唯一的水源，該系統(tǒng)從根本上解決了紅沿河核電廠所在地淡水資源缺乏的問題，也為有效解決沿海核電站淡水資源缺乏問題開辟了新路[1-3]。

1 系統(tǒng)原理

遼寧紅沿河核電廠海水淡化系統(tǒng)的主要工作原理：海水首先在混凝沉淀池加入聚合鋁及次氯酸鈉進行初步處理；之后經(jīng)過濾池、超濾等裝置進一步過濾，超濾產(chǎn)水再經(jīng)過加藥處理后進入一級反滲透，除去99%以上的鹽分，最后進入二級反滲透進一步脫鹽。二級反滲透產(chǎn)水經(jīng)過離子交換樹脂處理后的除鹽水，供核電站機組使用。

其中一級反滲透進水來自超濾產(chǎn)水箱，經(jīng)過一級反滲透提升泵，加入還原劑(亞硫酸氫鈉)和阻垢劑，在管道混合器混合均勻后進入保安過濾器，在保安濾器后加非氧化性殺菌劑，經(jīng)過管道混合器后，一部分海水經(jīng)過高壓泵，另一部分海水經(jīng)過能量回收裝置及增壓泵后與經(jīng)過高壓泵的海水匯合，進入一級反滲透裝置，一級反滲透裝置的濃海水經(jīng)能量回收裝置交換壓力后，變?yōu)榈蛪簼夂Ｋ欧?。其工藝流程如圖1、圖2所示。

圖1 紅沿河海水淡化系統(tǒng)流程簡圖Fig. 1 Red River desalination system

圖2 紅沿河一級反滲透系統(tǒng)流程簡圖Fig. 2 The first stage reverse osmosis system along Red River

2 運行中出現(xiàn)的問題及分析

2.1 問題描述

2016年4—6月，一級反滲透膜及保安過濾器壓差快速增長，反滲透膜清洗頻率大幅增加，清洗周期由3個月變?yōu)?個月，嚴重影響一級反滲透裝置運行。

經(jīng)過停機檢修一級反滲透裝置，解體一級反滲透裝置進水端蓋、能量回收裝置、一級保安過濾器檢查，發(fā)現(xiàn)在一級反滲透進水側(cè)第一支膜、能量回收裝置轉(zhuǎn)子、保安過濾器濾芯以及各設備內(nèi)側(cè)殼體上均有光滑的黃褐色泥狀物體，附著在設備上不易清理，打開一級反滲透膜產(chǎn)水側(cè)未見該泥狀物體[4-5]。

2.2 技術分析

對泥狀物品進行取樣分析：分別用1%鹽酸，0.3%氫氧化鈉，10%次氯酸鈉進行浸泡，通過對比發(fā)現(xiàn)鹽酸中未發(fā)生變化，次氯酸鈉及氫氧化鈉溶液中均出現(xiàn)泥狀物體被不同程度的分散現(xiàn)象，其中氫氧化鈉燒杯中分散現(xiàn)象較明顯，說明堿液對其剝離能力較強。

對反滲透膜在線清洗進行觀察，鹽酸清洗時排放的清洗液未出現(xiàn)明顯雜質(zhì)；堿清洗時清洗水箱內(nèi)出現(xiàn)大量明顯的泡沫，且排放廢水較為渾濁。

將一級反滲透膜組件送到反滲透膜廠家進行檢測分析，膜表面整體有茶色污染物附著，并將附著物進行取樣分析，采用 SEM 觀測分析，發(fā)現(xiàn)膜表面覆蓋有生物粘膜狀和顆粒狀物質(zhì)；通過FT-IR分析確認膜表面污染物為微生物和磷酸鋁，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 膜片F(xiàn)T-IR分析結(jié)果Fig. 3 Diaphragm FT-IR analysis results

分析認為造成該問題的主要原因為微生物滋生，導致微生物滋生主要為以下原因：海水淡化系統(tǒng)取水水源是海水，一級反滲透及保安過濾器壓差升高過快現(xiàn)象發(fā)生于4月初，正值大連地區(qū)氣溫回暖，沿海海洋生物開始繁殖，水中的細菌、有機物等快速增長。該海水淡化系統(tǒng)在混凝沉淀池前設計有一處殺菌劑(次氯酸鈉)加藥點，只對此處加藥量范圍有要求，但系統(tǒng)設計時并未對超濾產(chǎn)水余氯值進行規(guī)定。為了避免反滲透膜被殘余氯氧化，海水預處理次氯酸鈉加藥量控制在設計參數(shù)的低限(設計范圍為 1～3 mg/L)，導致超濾進水的殘余氯值控制較低。超濾、一級反滲透進水水質(zhì)如表1所示。

表1 膜系統(tǒng)進水水質(zhì)Tab. 1 The influent quality of membrane system

由于次氯酸鈉加藥量控制比較低，超濾出水的殘余氯檢測基本為零，增加了微生物滋生的幾率。反滲透膜內(nèi)的微生物污染可以通過化學清洗恢復，但是在能量回收裝置及保安過濾器中滋生的微生物無法通過在線清洗清除。微生物大量滋生導致了能量回收裝置轉(zhuǎn)子滯黏不轉(zhuǎn)、保安過濾器壓差增高、反滲透膜壓差增高[6-10]。

3 采取措施

根據(jù)上述分析，采取增加海水預處理殺菌劑次氯酸鈉的加藥量的措施，提高超濾水箱出口殘余氯水平，以減少海水中微生物滋生。

1）在冬季水溫低時，超濾水箱出口殘余氯控制在 0.2～0.5 mg/L；

2）夏季水溫高時，超濾水箱出口殘余氯控制在 0.5～1.0 mg/L；

3）每年春季4月份海水溫度開始升高至10℃以上，海生物開始大量繁殖時，將超濾水箱出口殘余氯提升至1.5 mg/L左右。

4）為避免殘余氯值的增長導致反滲透膜被氧化，將反滲透膜前亞硫酸氫鈉加藥量調(diào)整為超濾產(chǎn)水余氯值的3倍。理論上每1.4 mg/L的亞硫酸氫鈉能夠還原1.0 mg/L的活性氯?？紤]到安全系數(shù)，設定為每1.0 mg/L余氯投加3.0 mg/L亞硫酸氫鈉。且該系統(tǒng)在一級反滲透膜前設計有余氯表及ORP表，且在上位機存在報警功能，在一級反滲透膜進水殘余氯值及ORP不滿足要求時，上位出現(xiàn)報警以提醒運行人員及時調(diào)整加藥量，能有效避免反滲透膜被氧化。

經(jīng)過采取以上措施，2016年 6月—2017年12月，保安過濾器濾芯壓差升高，更換濾芯的周期延長至半年，反滲透膜清洗周期也由1個月延長至6個月以上，能量回收裝置轉(zhuǎn)子清理減少了共16個次。

4 結(jié)論

經(jīng)過近2年生產(chǎn)實踐驗證，提高海水淡化預處理殺菌劑加藥量，并根據(jù)不同季節(jié)不同的海水溫度，選擇不同的殺菌劑加藥量，能夠更好地將反滲透系統(tǒng)進水的微生物控制在較低水平；同時能夠降低保安過濾器堵塞、能量回收裝置轉(zhuǎn)子清理及反滲透膜壓差升高的頻率，提高了紅沿河核電廠海水淡化系統(tǒng)設備運行可靠性，增強了紅沿河核電廠機組供水安全的保障能力；此外，每年可節(jié)約大量保安過濾器濾芯及能量回收裝置轉(zhuǎn)子備件包，延長反滲透膜的使用壽命，間接減少了膜的更換費用，綜合經(jīng)濟效益明顯。