某煉廠除鹽水站運(yùn)行問(wèn)題分析

某煉廠除鹽水站運(yùn)行問(wèn)題分析

為滿足工廠新設(shè)備和鍋爐的要求，山東某化工廠于2018年新建了一個(gè)除鹽站。采用多介質(zhì)濾液、活性炭過(guò)濾和一級(jí)反滲透、陽(yáng)床、黑市埋地處理技術(shù)。同時(shí)，還配備了濃水回收裝置，在獲得合格產(chǎn)水后提高了水資源的整體利用率。運(yùn)行數(shù)月后，出現(xiàn)反滲透裝置污堵快、化學(xué)清洗頻繁、混床出水硅離子超標(biāo)和再生周期短的問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，筆者調(diào)研分析了運(yùn)行工況并進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后顯著延長(zhǎng)了反滲透設(shè)備的運(yùn)行周期及混床的再生周期，一定程度上解決了現(xiàn)存問(wèn)題。工況調(diào)整后，反滲透裝置的化洗周期由原先的7～8d延長(zhǎng)到30～35d，運(yùn)行期間各項(xiàng)指標(biāo)平穩(wěn)；混床再生周期由原來(lái)的7～10d延長(zhǎng)至35～40d，水質(zhì)、水量可滿足生產(chǎn)需求。1流程和設(shè)備參數(shù)1.1濾器+活性炭組合處理工藝該項(xiàng)目原水為當(dāng)?shù)厥姓?，采用傳統(tǒng)過(guò)濾+除鹽+離子交換工藝制備鍋爐及裝置用水，出水滿足鍋爐補(bǔ)水要求。預(yù)處理采用多介質(zhì)過(guò)濾器+活性炭組合處理工藝，去除來(lái)水中的大部分膠體懸浮物及余氯；活性炭過(guò)濾出水直接進(jìn)入反滲透裝置，反滲透出水隨后進(jìn)入陽(yáng)離子交換器、除碳器及陰離子交換器，最終進(jìn)入混床進(jìn)行混合離子交換，出水達(dá)到GB/T12145—2008《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》，能夠滿足廠內(nèi)鍋爐及生產(chǎn)用水要求。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。系統(tǒng)進(jìn)水及混床出水水質(zhì)情況如表1所示。1.2反滲透單片設(shè)備設(shè)計(jì)系統(tǒng)混床最終產(chǎn)水量為310m多介質(zhì)過(guò)濾器6臺(tái)，5用1備，單套直徑3200mm，濾速8～10m/h，內(nèi)部填充石英砂及無(wú)煙煤濾料，每套處理量70～80m活性炭過(guò)濾器5臺(tái)，4用1備，單臺(tái)直徑3200mm，濾速12～15m/h，內(nèi)部填充礫石墊層及活性炭填料，每套處理量90～100m每套反滲透設(shè)備前端配置1臺(tái)保安過(guò)濾器，直徑500mm；單套內(nèi)部裝有4支15.24cm(6英寸）大流量濾芯，過(guò)濾精度5μm，單支濾芯處理量30m除鹽水站共包括4套產(chǎn)水量70m3臺(tái)直徑2800mm的陽(yáng)離子交換器，2用1備設(shè)計(jì)，內(nèi)部填裝001×7mB型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子樹脂，填充高度1600mm，設(shè)計(jì)流速25m/h，單臺(tái)產(chǎn)水量155m3臺(tái)直徑2800mm的陰離子交換器，2用1備設(shè)計(jì)，內(nèi)部填裝201×7mB型強(qiáng)堿性陰離子樹脂，填充高度2500mm，設(shè)計(jì)流速25m/h，單臺(tái)產(chǎn)水量155m2臺(tái)直徑2800mm的混合離子交換器，1用1備設(shè)計(jì)，內(nèi)部填裝001×7mB型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子樹脂，填充高度500mm;201×7mB強(qiáng)堿性陰離子樹脂，填充高度1000mm，設(shè)計(jì)流速50m/h，單臺(tái)產(chǎn)水310m加藥系統(tǒng)包括阻垢劑、鹽酸、液堿、次氯酸鈉、絮凝劑及還原劑6個(gè)加藥單元。2該系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)、存在和解決問(wèn)題2.1高壓機(jī)運(yùn)行壓力反滲透裝置運(yùn)行3個(gè)月后出現(xiàn)進(jìn)水壓力、二段進(jìn)水壓力、濃水壓力快速升高的現(xiàn)象，尤其一、二段壓差升高明顯，說(shuō)明膜組件前端污堵明顯。同時(shí)保安過(guò)濾器進(jìn)出口壓差也增長(zhǎng)過(guò)快，運(yùn)行1周左右進(jìn)出口壓差從0.01MPa增至0.2MPa以上。從設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看較符合有機(jī)物污染的特征；同時(shí)產(chǎn)水電導(dǎo)率和產(chǎn)水量下降不明顯，回收率基本穩(wěn)定，可基本排除結(jié)垢污堵的可能。2.2反滲透設(shè)備運(yùn)行周期的影響運(yùn)行過(guò)程中筆者發(fā)現(xiàn)反滲透存在污堵快、化學(xué)清洗頻繁的問(wèn)題。對(duì)工況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)主要存在以下問(wèn)題：（1）保安過(guò)濾器濾芯表面存在大量黃色黏稠狀物質(zhì)，帶有明顯腥臭味，基本判斷是菌類污染物。其污堵并穿透濾芯，最終在膜組件上富集。（2）在多介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)水端投加氧化性殺菌劑的情況下，用余氯測(cè)定試劑分別測(cè)定多介質(zhì)過(guò)濾器出水和活性炭過(guò)濾器出水的余氯，發(fā)現(xiàn)測(cè)定試劑基本不顯色，說(shuō)明氧化性殺菌劑有效成分在罐體內(nèi)已完全消耗，無(wú)法將過(guò)濾器內(nèi)的菌類完全消除，過(guò)濾器內(nèi)滋生菌類；未被消除的菌類隨水流富集在活性炭及反滲透裝置中。（3）對(duì)多介質(zhì)過(guò)濾器及活性炭過(guò)濾器出水SDI進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)SDI均>5，甚至無(wú)法測(cè)定，無(wú)法滿足反滲透進(jìn)水SDI<3的要求，且膜片上存在大量淡黃色物質(zhì)。（4）膜組件污堵后，采用先使用堿性清洗液再使用酸性清洗液的方法進(jìn)行化學(xué)清洗。發(fā)現(xiàn)堿性化學(xué)清洗液的清洗效果明顯，清洗初期將清洗泵出口壓力調(diào)整為4.0MPa,30min后泵出口壓力即降至3.0MPa。在未使用酸性清洗液的情況下將設(shè)備轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)僅用堿性清洗液清洗后設(shè)備的運(yùn)行壓力明顯降低，產(chǎn)水量大幅升高，這也印證了有機(jī)物污染是膜組件污堵的主要原因。考慮到還原劑投加量為6～8mg/L，筆者認(rèn)為還原劑投加過(guò)量，加上進(jìn)水水溫在25℃左右，極易造成硫酸鹽還原菌在過(guò)濾器濾層繁殖，最終透過(guò)濾層在濾芯及膜表面富集，從而污堵膜元件，導(dǎo)致反滲透設(shè)備運(yùn)行周期短。針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)垢樣進(jìn)行分析：（1）對(duì)保安濾芯采集到的黏泥狀污染物進(jìn)行取樣分析，在105℃烘箱中烘干后于550℃下灼燒，有機(jī)物揮發(fā)量為66%，說(shuō)明有機(jī)物是該污染物的主要成分。而COD和菌類污染物均表現(xiàn)為有機(jī)物，結(jié)合進(jìn)水COD僅有8mg/L，認(rèn)為菌類污染為主導(dǎo)因素。（2）對(duì)灼燒殘余物進(jìn)行X射線熒光光譜分析，其中Al2.3還原劑加藥點(diǎn)管路改造綜上，筆者認(rèn)為生物污染和絮凝劑投加過(guò)量是反滲透迅速污堵的2個(gè)主要原因，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行調(diào)整。針對(duì)生物污染問(wèn)題，進(jìn)行工況調(diào)整：(1）由于原工藝設(shè)計(jì)將還原劑加藥點(diǎn)設(shè)在多介質(zhì)過(guò)濾器的出水管道即活性炭總進(jìn)水管處，殺菌劑有效成分在進(jìn)入活性炭過(guò)濾器前就被還原劑去除，導(dǎo)致菌類在活性炭罐內(nèi)滋生。為消殺活性炭過(guò)濾器內(nèi)的菌類，進(jìn)行還原劑加藥點(diǎn)管路改造，將還原劑投加點(diǎn)改在活性炭過(guò)濾器出水總管處。(2）考慮到多介質(zhì)及活性炭濾層已被菌類污染，采用先大劑量投加殺菌劑的方式消殺濾層內(nèi)的菌類。將氧化性殺菌劑投加量由原來(lái)的1mg/L提高到7～9mg/L，并觀察反滲透進(jìn)水在線ORP的變化，及時(shí)調(diào)整還原劑投加量（由原來(lái)的6～8mg/L降低為1～2mg/L），同時(shí)控制反滲透進(jìn)水ORP在180～230mV范圍內(nèi)，防止余氯超標(biāo)造成反滲透膜組件氧化。同時(shí)提高反洗頻率及氣洗、反洗強(qiáng)度，以沖出滅活后的菌類污染物。待活性炭過(guò)濾器出水余氯達(dá)到0.1mg/L后，再將氧化性殺菌劑投加量降至3～3.5mg/L。(3）選擇與現(xiàn)有阻垢劑配伍的非氧化殺菌劑并新增非氧化性殺菌劑投加裝置，對(duì)現(xiàn)有加藥管路進(jìn)行改造，在保安過(guò)濾器進(jìn)水前按2d/次、1h/次的頻率及25mg/L的加藥量定期沖擊投加非氧化殺菌劑，以增強(qiáng)殺菌效果。針對(duì)絮凝劑投加過(guò)量的問(wèn)題，將絮凝劑投加量由原來(lái)的2～3mg/L降低到0.5～1mg/L，同時(shí)結(jié)合多介質(zhì)過(guò)濾器出水SDI和濁度，在今后運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)一步調(diào)整。2.4預(yù)處理及運(yùn)行效果對(duì)加藥量及加藥點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整后，反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水壓力、二段進(jìn)水壓力、濃水壓力變化見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，工況改進(jìn)后反滲透設(shè)備運(yùn)行20余天，運(yùn)行壓力整體較為平穩(wěn)，各段壓力上升速度明顯放緩，且各段壓差升高趨勢(shì)平穩(wěn)。運(yùn)行期間進(jìn)水壓力增長(zhǎng)0.126MPa，一、二段進(jìn)水壓差升高0.06MPa，一、二段進(jìn)水壓差和二段進(jìn)水與濃水進(jìn)水壓差基本維持在0.07～0.14MPa。其他工況也得以改善：（1）多介質(zhì)及活性炭出水SDI有所下降，能夠測(cè)定并<5，膜片上的黃色物質(zhì)明顯減少。（2）保安過(guò)濾器進(jìn)出口壓差維持在0.02～0.07MPa，升高速度較之前明顯減慢，同時(shí)發(fā)現(xiàn)濾芯表面的黃色黏稠狀物質(zhì)基本消失，較為干凈，說(shuō)明菌類污染已得到有效控制。（3）各段壓差上升趨勢(shì)平穩(wěn)，產(chǎn)水量、產(chǎn)水電導(dǎo)和設(shè)備回收率基本穩(wěn)定。2.5堿陰樹脂對(duì)硅化合物的選擇性據(jù)觀察，混床出水電導(dǎo)率基本維持在0.08μS/cm，硅基本在1～2μg/L范圍內(nèi)。連續(xù)運(yùn)行10d左右電導(dǎo)率雖未明顯升高，但硅離子快速升高，從1～2μg/L快速升至20μg/L以上。導(dǎo)致再生周期嚴(yán)重偏短、再生頻繁，耗費(fèi)大量酸、堿和水資源，廠內(nèi)用水量得不到保證。筆者對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行分析及處理：(1）混床出水硅含量超標(biāo)可能由陰床出水硅超標(biāo)導(dǎo)致，而陰床出水硅含量超標(biāo)又可能是由于陽(yáng)床出水鈉離子超標(biāo)(2）硅化合物在水中的存在形態(tài)很復(fù)雜，有離子態(tài)、聚合態(tài)和膠體態(tài)。強(qiáng)堿陰樹脂與硅化合物之間的反應(yīng)既有離子交換過(guò)程，也有物理吸附過(guò)程。強(qiáng)堿陰樹脂對(duì)陰離子的選擇性順序?yàn)镾O以1(3）觀察了混床反洗分層情況，發(fā)現(xiàn)反洗分層時(shí)陰陽(yáng)離子樹脂界面不清晰。而反洗分層是否徹底是影響混床再生是否充分的關(guān)鍵因素。筆者認(rèn)為反洗分層不徹底導(dǎo)致樹脂再生不徹底，也是影響混床出水水質(zhì)的因素。新樹脂表面非常干凈，陽(yáng)樹脂和陰樹脂間的靜電力非常強(qiáng)，樹脂抱團(tuán)能力增強(qiáng)，正常反洗難以分開，需加入電解質(zhì)消除樹脂間的靜電力，才能使樹脂分層明顯。采用以下方法處理混床內(nèi)的樹脂：將水液面放置到樹脂層上約300～400mm處（可輔助視鏡進(jìn)行觀測(cè)），以3～4m/h的流速?gòu)纳舷蛳峦ㄈ?倍于樹脂體積（陽(yáng)陰樹脂總量）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約4%的NaOH溶液，浸泡8～10h；堿液浸泡過(guò)程中，每小時(shí)用壓縮空氣攪拌10～15min，堿液浸泡結(jié)束后直接進(jìn)行反洗，使整個(gè)樹脂層的膨脹率在50%～70%，維持10min左右，使樹脂自由沉降，觀察樹脂分層情況；如此重復(fù)直至樹脂分層明顯?；齑矘渲?jīng)處理后分層明顯。將處理后的陰床和混床重新投入使用，再生周期明顯延長(zhǎng)，由原來(lái)的14～18d延長(zhǎng)至目前的40d以上，產(chǎn)水水量及水質(zhì)均滿足鍋爐補(bǔ)水要求。3還原劑投加量的影響及運(yùn)行管理(1）針對(duì)來(lái)水需投加氧化性殺菌劑的工況，反滲透設(shè)備進(jìn)水端還原劑投加量過(guò)多，易滋生菌類；投加過(guò)少，易導(dǎo)致反滲透進(jìn)水余氯超標(biāo)，從而氧化反滲透膜組件。故在設(shè)備運(yùn)行初期，應(yīng)根據(jù)RO進(jìn)水ORP或余氯及時(shí)調(diào)整還原劑投加量，既保證氧化性殺菌劑有一定濃度，又要保證RO設(shè)備進(jìn)水ORP或余氯在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。(2）在過(guò)濾器前端投加絮凝劑能更好地將來(lái)水中的懸浮物聚團(tuán)并