除盐水站膜系统加药设计研究

李韵卒

(中电环保股份有限公司，江苏 南京 211102)

0 引言

除盐水站是电厂或者化工厂的公辅系统。由于盐会对大多数设备和机器造成腐蚀和损坏，因此在许多行业都需要使用除盐水，如石油化工、制药、电子、纺织、造纸等。除盐水站可以有效地去除水中的盐分、重金属、有机物及微生物，提高了生产效率和产品质量，在工业生产中，其出水用于锅炉或化工工艺各个工段[1-2]。除盐水站膜系统主要包含超滤单元、一级反渗透单元、二级反渗透单元、EDI 单元，其中任何一个单元出现污堵情况，除盐水站都无法生产出达标达量的除盐水。除盐水站的水源可以是中水、地表水、厂区蒸汽冷凝液等，水中钙、镁离子或有机污染物在膜系统运行过程中会滋生微生物或产生无机结垢，从而导致膜系统污堵使得膜通量产生衰减，出水能力达不到设计要求，为了恢复通量，会在除盐水站膜系统运行过程中加药，加药系统的设计是保证除盐水站膜系统水质水量达标以及稳定运行的关键步骤。

1 除盐水站膜系统加药种类及规格

除盐水站的加药种类很多，考虑到经济性和实用性，最常用的药剂有：浓度10% 的杀菌剂溶液，主要成分为次氯酸钠；浓度30%～31% 的酸溶液，主要成分为氯化氢；浓度32%～40% 的碱溶液，主要成分为氢氧化钠；浓度100% 的还原剂粉末，主要成分为亚硫酸氢钠；浓度100% 的阻垢剂溶液，主要成分为含磷小分子；浓度100% 的非氧化性杀菌剂溶液，主要成分为DBNPA、异噻唑啉酮等；浓度3%～25%的氨水，主要成分为氨。

2 除盐水站膜系统加药的作用

(1)杀菌剂具有氧化性，用于控制微生物滋生，主要用于超滤加强反洗时加药，若除盐水站系统来水微生物含量或有机物含量较高时，也需在来水中加入少量杀菌剂用于控制微生物生长。

(2)酸通过降低pH 控制部分无机类垢的形成。

(3)碱用于当有机物或微生物污染产生通量衰减时调节pH，杀菌剂在碱性条件下使用时效果更为显著。

(4)还原剂用于还原水中容易氧化膜元件的物质。反渗透膜易被氧化，氧化造成的反渗透膜损害是不可逆的，反渗透膜厂家手册要求膜元件进水余氯含量＜0.1 mg/L，为了消除前段工艺带来的余氯，反渗透进水需要投加还原剂。

(5)阻垢剂用于改变表面活性物质的性质，将其转化为不易产生垢积聚的混合物，防止钙、镁离子等结垢。反渗透在产出淡水的过程中会对来水进行浓缩，浓缩后的水中易结垢离子浓度达到饱和度后产生结垢，投加阻垢剂可以保证离子在高饱和度下仍然是离子状态。当浓水中离子饱和度超过阻垢剂的能力范围时，预处理需对相应离子进行去除。

(6)非氧化性杀菌剂也用于控制微生物，常规杀菌剂具有氧化性，适用于超滤膜的杀菌，而非氧化性杀菌剂是针对反渗透微生物滋生的杀菌剂。

(7)氨用于调节脱盐水pH 值，以防止除盐水腐蚀管道。

3 除盐水站加药系统配置

3.1 加药点及加药量配置

3.1.1 超滤单元加药点及加药量

超滤装置的作用主要是通过选择透过性能力来将水体中的细菌、颗粒物等杂质进行过滤，以避免二次污染[3-4]，同时保证后续脱盐单元稳定运行。

在过滤过程中，由于污染物在超滤膜表面集聚，超滤单元的过滤阻力会慢慢升高，当跨膜压差升高到约0.1 MPa 时或产水量下降到初始水量的80% 时，需要进行一次不加药剂的常规反洗，常规反洗后超滤产水的跨膜压差及产水量会恢复到初始过滤水平，超滤恢复正常运行。但当常规反洗后跨膜压差或产水量不能恢复时，就需要进行加药加强反洗。超滤常规加药是在超滤加强反洗(CEB)时加药，反洗分两种加药：酸洗0.1% HCl；碱洗0.05% NaOH+0.1% NaClO，加药量根据水质情况和超滤厂家要求适当调整。

此外，当超滤单元来水COD 较高时，可在超滤进水母管投加约5 mg/L 的杀菌剂，以控制微生物滋生。但微生物具有耐药性，杀菌剂加药量较少时，运行一段时间后，微生物还会滋生，此时超滤进水可进行冲击性加药，投加非氧化性杀菌剂200 mg/L，一次约加药30 min。冲击性加药后，管道及装置中滋生的微生物会被清除。

当超滤来水硬度和碱度较高、超滤易发生碳酸钙结垢时，超滤进水母管需投加盐酸5～10 mg/L，以保证进水显弱酸性，pH 值为6～6.5，可以有效解决超滤装置无机盐结垢问题。

3.1.2 一级反渗透单元加药点及加药量

前段超滤运行过程中会用到杀菌剂，而杀菌剂一旦进入反渗透膜单元，会氧化反渗透膜元件，对反渗透膜造成不可恢复的损坏。因此，一级反渗透进水需投加还原剂，还原剂一般投加在反渗透进水母管，投加量为3～10 mg/L，24 h 连续投加。非氧化性杀菌剂一般也投加在反渗透进水母管，但要与还原剂的加药点分开，投加量约为200 mg/L，频率为两周或一月一次，一次约30 min，具体的投加量和频次需根据水质情况和运行情况确定。在加药顺序上，可先投加还原剂，将会氧化膜元件的氧化性物质还原，再投加非氧化性杀菌剂，对膜元件中的微生物进行加药杀菌。为了保证加药均匀、保证药效，阻垢剂一般投加在支管，即每套反渗透的进水管上，投加量为1～5 mg/L，24 h 连续投加。若来水硬度、碱度较高，需投加酸，酸一般投加在反渗透进水母管上，投加量为3～20 mg/L(调节pH 值约为6.5)，24 h 连续投加。

3.1.3 二级反渗透单元及EDI 单元加药点及加药量

二级反渗透进水为一级反渗透产水，水质较好，盐含量也较低，但一级反渗透因脱除了水中大部分盐，使得产水呈现弱酸性。此时水中有一定量的CO2，由于反渗透膜和EDI 膜均无法脱除气体，因此为了满足除盐水系统出水要求，需在进水管道上投加碱以调节pH，将水中的CO2转化为CO32-和HCO3-，再通过膜脱除。同时，二级反渗透进水加碱能够提高二级反渗透的脱盐率，提高产水品质，碱一般投加在二级反渗透的进水母管，投加量为3～10 mg/L(调节pH 值约为8.3)，24 h 连续投加。

3.1.4 除盐水系统出水加药点及加药量

系统产生的除盐水为弱酸性，为了减轻除盐水对输送管道以及锅炉的腐蚀、不增加锅炉负荷，脱盐水泵出口会投加氨来调节pH 值，氨一般投加在除盐水出水母管，投加量为1～5 mg/L(调节pH 值约为8)，24 h 连续投加。由于氨气是易燃易爆气体，因此除盐水站若设置加氨装置，则需根据相关规范对厂房、装置、仪表等设置防爆等级。

3.2 加药泵变频配置

加药泵建议全部设置变频，变频控制可以使操作更方便、加药控制更精准，但全部设置变频会增加投资成本，考虑到经济性和实用性，一般在母管上且同时对应多套膜装置的加药泵需配置变频；设置在支管上且对应单套膜装置的加药泵以及超滤反洗加药泵，可不配置变频，调试时直接调至设计要求的参数即可。

3.3 加药泵泵头材质配置

杀菌剂和酸腐蚀性较强，计量泵泵头材质建议选择PVDF；碱、阻垢剂、非氧化性杀菌剂计量泵泵头材质可选择PVDF、PVC、不锈钢、PP；还原剂计量泵泵头材质可选择PVDF、PVC、PP，不建议采用不锈钢；氨计量泵泵头材质建议选择不锈钢。泵头材质为PVDF 的计量泵较其他材质成本高，其单台价差不大，但脱盐水站的计量泵数量较多，材质配置可权衡实用性和经济性进行选择。

上述加药泵泵头材质配置是考虑腐蚀和常规工程经验的总结，实际设计时可根据项目的具体情况以及业主要求进行配置。

3.4 加药箱及管道配置

杀菌剂加药箱材质可选择PE、钢衬丁基胶；酸加药箱材质可选择PE、钢衬胶；碱、阻垢剂、非氧化性杀菌剂加药箱材质可选择PE、钢衬胶、不锈钢；还原剂加药箱(含搅拌装置)材质可选择PE、钢衬胶。以上药剂加药管道、管件可采用UPVC、钢衬塑管道。氨加药箱及管道材质需采用不锈钢。

上述加药箱及管道配置是考虑腐蚀和常规工程经验的总结，实际设计时可根据项目的具体情况以及业主要求进行配置。

3.5 吸收器配置

有些药剂具有挥发性，会产生刺激性气味，并且会腐蚀车间内的设备；部分药剂也会和空气中的某些气体反应导致药剂变质。因此，除盐水系统加药装置需设置相对应的吸收器来维护加药间的环境及设备。杀菌剂、酸加药装置需配置酸雾吸收器；碱加药装置需配置二氧化碳吸收器；氨加药装置需配置氨吸收器。

4 某化工厂除盐水站工程实例

4.1 进水水质

某化工厂进水水质表如表1 所示。

表1 进水水质表

4.2 工艺流程

来自园区给水厂的生产水→生产水预热装置(冬季)→原水箱→自清洗过滤器→超滤装置→一级RO保安过滤器→一级RO 装置→二级RO 保安过滤器→二级RO 装置→EDI 保安过滤器→EDI 装置→除盐水箱→除盐水泵→用水点。

一级RO 装置的浓水采用浓水RO 装置回收。

4.3 加药系统配置及优化

根据系统来水水质COD ≤5 mg/L、余氯含量约为0.3 mg/L，系统来水中余氯含量较高，无需配置杀菌剂加药，系统主要配置超滤加强反洗酸、碱、杀菌剂加药装置；一级反渗透进口配置阻垢剂1 mg/L、还原剂4 mg/L；二级反渗透进口加碱5 mg/L；除盐水出口加氨2 mg/L；浓水反渗透进口加酸5 mg/L。因业主特别要求，加氨装置计量泵泵头采用不锈钢材质、加药箱采用不锈钢材质；其他加药装置计量泵泵头采用PVDF 材质、加药箱采用PE 材质。酸加药、杀菌剂加药装置分别配置DN500 酸雾吸收器；碱加药装置配置DN300 二氧化碳吸收器；氨加药装置配置氨吸收器，并且考虑防爆要求，加氨装置设置在远离除盐水站的区域。

在系统开机至运行的过程中发现，微生物大量滋生导致超滤污堵，经检测得到系统来水COD 约15 mg/L、余氯含量约0.01 mg/L，再加上冬期来水温度较低，系统运行换热器，水温维持在25 ℃，杀菌剂缺失、温度适宜、有机物充足导致微生物大量滋生。随后立即在系统来水中增加杀菌剂加药(10% 次氯酸钠，5～10 mg/L)，调整后反渗透系统仍然有少量微生物滋生，再次在一级RO 装置进口增加非氧化杀菌剂加药，两周加药一次，加药200 mg/L，一次加药30 min，而后系统一直稳定运行。

4.4 系统出水品质

除盐水站生产的除盐水和高纯水的水质必须达到国标GB/T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》高压锅炉给水水质要求，且不得低于除盐水水质指标要求，如表2 所示。

表2 除盐水水质指标

5 结语

本文中除盐水站膜系统加药种类及加药量是基于目前的工程设计经验，考虑实用性及经济性的推荐值，随着新兴药剂研发的快速推进，未来将会有新型的、更经济、效果更好的药剂出现，将会大大降低除盐水系统的运行成本。