化水预处理系统PAC温度影响控制分析

文_刘兴旺 何勇 国家能源集团泰州发电有限公司

在火力发电厂中，水是传递能量的工质,水质是影响火力发电厂安全、经济运行的重要因素之一。火力发电厂通过采用水的混凝预处理、膜处理和离子交换等一系列水处理措施去除原水中的杂质。原水的混凝效果好坏将直接决定后续水处理设备的运行效果。PAC絮凝剂针对杂质混凝处理以其投药量少、无毒、价廉和处理效果好等优点,逐渐成为电厂补给水预处理、工业废水和长江沿岸城市污水处理的主流混凝剂，被称为第二代混凝剂。

泰州电厂地处长江中下游沿岸，共4台1000MW超超临界机组。江水经原水升压泵增压，在管式混合器加入PAC絮凝剂，再进入露天式反应沉淀池（300m3/h×4、 400m3/h×2）进行混凝、澄清处理。出水通过空气擦洗滤池过滤后，依次经过板式换热器、超滤（100m3/h×2、200m3/h×2、250m3/h×1）、反渗透（75m3/h×2、150m3/h×2、180m3/h×1）处理，最终通过一、二级树脂除盐制成合格的除盐水。

本文针对近两年泰州电厂冬季频繁出现反应沉淀池产水浑浊及预脱盐设备压差上升的现象进行试验分析，并依此做出最佳的PAC加药量调整。

1 化水预处理PAC加药控制

泰州电厂通过招标定期采购比例10%的PAC原液，存贮在2个高位储罐内（25m3×1、30m3×1）。

PAC原液再进入2个PAC计量箱与水混合稀释， 1#、2#PAC计量箱互为备用。

PAC计量箱配药方式：计量箱内PAC药液用至0.4m后联锁退出。先加药液至0.75m，然后加水至1.05m，配置浓度为5%，10%PAC原液2倍稀释，每次配药一箱。

PAC计量泵加药量控制：

1～4#反应沉淀池（300m3/h×4）： 1～5#PAC计量泵（3#泵备用），浓度5%，计量泵出力326L/h，冲程30%，频率35%。1～5#5PAC计量泵正常运行出力：34.23L/h。

5～6#反应沉淀池（400m3/h×2）： 6～8#PAC计量泵（#7泵备用），浓度5%，计量泵出力375L/h，冲程10%，频率100%。6～8#PAC计量泵正常运行出力：37.5L/h。

2 反应沉淀池及预脱盐设备异常情况

2.1 反应沉淀池水质浑浊现象

2020年11月上旬，1～6#反应沉淀池产水区开始间断出现浑浊现象，产水浊度指标波动较大，且夜间现象更为严重。在排除可能出现的PAC计量泵出力异常及出口Y型过滤器、加药管道污堵现象，及PAC计量箱内部杂质沉淀、PAC计量泵搅拌器异常等问题后。因反应沉淀池产水浑浊对后续制水设备影响较大，立即提高1～5#PAC计量泵冲程至35%，1～5#PAC计量泵运行出力提高至39.93L/h；提高6～8#PAC计量泵冲程至11%，6～8#PAC计量泵运行出力提高至41.25 L/h。监视发现1～6#反应沉淀池出水区水质变清。产水浊度≤5NTU，满足反应沉淀池正常运行时产水控制指标。

2.2 3#超滤投运时出现频繁自动跳步反洗现象

2020年11月中旬， 3#超滤投运时开始出现频繁自动跳步反洗现象。20：30之前3#超滤正常运行时进水流量在210m3/h左右，超滤进水压力在0.16MPa左右。20：30～20：58，3#超滤开始反洗每隔4min反洗完进口压力上升至0.32MPa以上，然后瞬间下降至0MPa；同时超滤进水流量每隔4min上升至250m3/h以上，然后瞬间下降至0m3/h。如此反复连续7次直至最后一次进水压力上升至0.2MPa才恢复正常。

通过以上数据分析得出3#超滤反洗结束后投运超滤进水泵后，连续7次超滤进水压力超过0.28MPa，触发超滤程序自动跳步反洗，直至最后一次进水压力最高涨至0.2MPa后未超标， 3#超滤正常投运。后续又多次出现该现象。检查发现超滤进水泵及超滤自清洗过滤器运行正常，初步推断超滤膜受到污染。膜污染主要分有机物污染和无机物污染，无机物污染多数是由混凝剂过量和碳钢管道被腐蚀所致。如果超滤膜被有机物和无机物严重污染，则根据污染物的成分和特性等，采用一些特殊的清洗剂进行清洗。因11上旬反应沉淀池多次出现浑浊现象，怀疑#3超滤膜受到无机物污染，对3#超滤进行酸洗、碱洗。再次投入后超滤程序频繁自动跳步反洗现象得到改善，但短周期内又重复出现该现象。

2.3 3#反渗透出现进水流量下降，一段压差上升现象

2020年11月中旬3#反渗透一段压差由0.21MPa持续上涨至0.33MPa。反渗透进水流量由185m3/h缓慢下降至165m3/h。因超滤膜能为反渗透提供良好的预处理作用，保障后处理设备反渗透的安全运行。而近期超滤进水压力过大频繁反洗，可能会导致反渗透进水水质受到影响造成一定程度恶化。反渗透进水中杂质增多对反渗透膜元件产生污染和侵蚀，反渗透膜表面的流道出现堵塞现象，水质得不到有效的保证。故将3#反渗透一、二段膜拆卸。并各取一段膜交予上海陶氏化学公司检测。

根据陶氏化学的膜元件检测报告分析：F4818041膜进水断面有大量黑色颗粒物质粘附，含有少量的有机污染物和硅酸铝等难溶盐。因反渗透在线清洗受到运行设备条件的制约，反渗透冲洗不能有效去除膜进水测杂质，清洗效果不够彻底。而化学酸性清洗可有效的用于去除反渗透膜上沉积的无机盐垢，且清洗效果比较好。故11月17日开始对3#反渗透进行化学酸性清洗。化学清洗前距上次化学清洗制水55.4万t，清洗前一段压差为0.290MPa，进水流量168m3/h，清洗后一段压差0.248MPa，进水流量180m3/h；11月22日第二次化学酸性清洗，距上次化学清洗制水1.5万t，清洗前一段压差0.370MPa，进水流量166m3/h，清洗后一段压差0.253MPa，进水流量178m3/h。此后多次化学清洗，化学清洗效果显著，但短周期内一次压差再次上涨。

3 反应沉淀池及超滤进水取样试验分析

进入冬季降温后出现以上现象，且在板式换热器（产水保持25℃）投运后，现象更为频繁。在排除超滤、反渗透本体及管道、水箱等存在影响的异常因素后，考虑到冬季的低温环境造成PAC反应不充分的可能，决定对江水及超滤进水取样来进行混凝烧杯试验测试温度因素的影响。

3.1 试验1（江水取样进行混凝烧杯试验测试温度的影响）

①取5个500mL烧杯分别放入400mL江水，编号1～5。②调整江水pH值为7，投加等量PAC溶液，搅拌均匀。③1～5号烧杯分别放在恒温振荡器中，温度分别控制为0℃、5℃、15℃、25℃、30℃。④关闭恒温振荡器，取出烧杯静置30min，用50mL注射针筒抽取上清液用浊度仪测其浊度。

温度对PAC处理效果影响见表1。

表1 不同温度下PAC混凝出水浊度

由表1和图1分析可知：不同温度对聚合氯化铝PAC作为混凝剂的影响较大。温度较高或较低均对混凝有显著的影响。水温低时，混凝剂水解困难。有研究显示，温度的影响是复杂的，低温可能造成水的粘度上升，阻碍混凝剂的扩散和絮体沉降；可以影响水解动力学平衡，影响金属氢氧化物的形成；同时可以降低水的离子积常数，从而降低水中氢氧根的浓度。此外，低温可能造成形成的絮体密实度较低、絮体较小，导致分离效果差。同时说明冬天混凝剂的用量要比夏天多的原因。但是温度也不是越高越好，15～25℃时混凝的效果最好。

图1 温度对混凝的影响曲线

3.2 试验2（超滤进水取样进行混凝烧杯试验测试温度的影响）

①取2个500mL烧杯分别放入400mL超滤进水，分别编号1、2。②调整超滤进水pH为最佳值7，搅拌均匀。③1、2号烧杯分别放在恒温振荡器中，温度分别控制为0℃、25℃。④关闭恒温振荡器，取出烧杯静置30min。

结果分析：观察烧杯1中水质无明显变化，烧杯2出现明显分层，下部出现颗粒物絮凝沉淀。推测出超滤进水中残余少量聚合氯化铝PAC。板式换热器投运后，超滤进水温度在25℃左右时发生二次絮凝。使得超滤进水中的胶颗粒直接变大，较大的颗粒在超滤膜进水侧被拦截，导致超滤进口压力增大。同时通过超滤膜在反渗透一段膜进水侧周期缩短。堆积胶体颗粒变多，致使反渗透产水量降低、反洗周期缩短。

3.3 试验推论

通过几次试验现象推论：泰州电厂反应沉淀池为露天式，平时反应沉淀池进水未经加热器恒温调节。11月份因环境温度降低，PAC在低温原水中活性降低，絮凝反应不完全，导致产水变浑浊。提高PAC计量泵冲程增加PAC加药量后，虽然反应沉淀池水质恢复正常。但产水中残余未完全反应的PAC。11月中旬板式换热器投运（超滤及反渗透膜产水通量与温度成正比，反渗透设备进水温度应维持在最佳设计水温20～25℃，故冬季会投运板式换热器来维持超滤、反渗透的产水量），换热器产水管中残余的PAC在25℃左右时发生二次絮凝。更多絮凝体堵在超滤膜及反渗透进水侧，导致超滤进水侧压力变大，反渗透一段压差变大。造成了超滤投运时频繁自动跳步反洗及反渗透制水量降低现象。

4 化水预处理PAC加药调整及优化建议

鉴于PAC加药量过少会出现反应沉淀池产水浑浊，PAC加药量过多产水中残余的PAC药剂过量又会导致二次絮凝现象。决定在适量提高反应沉淀池PAC加药量的同时，稀释PAC药液浓度：将1～5#PAC计量泵冲程由30%提高至35%；6～8#PAC计量泵冲程由10%提高至11%；PAC药液浓度由5%降至3.9%；并加大3#超滤反洗频率。调整后观察发现反应沉淀池浑浊、3#超滤投运时频繁自动跳步反洗现象逐步减少，3#反渗透一段压差上升速度也大大降低。超滤、反渗透本体进水侧絮凝杂质也大大减少。

根据环境温度更改PAC加药控制的同时，也可优化反应沉淀池等设备来减少温降对PAC活性的影响：①反应沉淀池地面上的管道增加保温层；反应沉淀池上部增加密封性较好的封顶。这样冬季避免反应沉淀池水温下降过多；夏季也避免光照造成反应沉淀池絮凝区藻类、微生物滋养的现象。在减轻PAC澄清负担的同时，也减少了反渗透的污染（在反渗透的诸多污染中，微生物污染是最严重的）。②泰州电厂江水由循环水管分别去化水预处理和凝汽器冷却。凝汽器冷却水回水（平均温度20℃）经虹吸井排长江。将预处理来水由江水改为虹吸井排水，可避免温降对PAC活性的影响，确保制水设备的稳定运行。

5 结语

采用PAC作为混凝剂处理长江水时，加药量的控制需考虑到环境温度对药剂反应速度的影响。低温会降低PAC的活性，故需适量提高PAC的加药量来预防反应沉淀池的水质受到影响。

反应沉淀池出水残余的PAC在板式换热器投运后会二次絮凝直接影响超滤、反渗透运行工况。通过对超滤膜压差、反渗透产水量变化趋势分析，来确认反应沉淀池产水中是否有残余PAC，并依此优化调节PAC的加药量及加药浓度。