平海电厂反渗透海水淡化的运行与优化
摘要：介绍了惠州平海电厂反渗透海水淡化装置的基本特点，分析了系统投产三年多以来的主要性能参数的变化情况及可能原因。针对海水淡化系统的微生物污染、铁污染、哈夫接头泄漏等问题，采取了沉淀池至一级反渗透全线杀菌、沉淀池及清水池重新防腐、更换哈夫接头垫圈等措施，确保了海水淡化设备的稳定高效运行。
关键词：火电厂；反渗透；性能参数；污染防控
广东惠州平海电厂规划装机总量为6×100MW，一期2×100MW机组于2010年投产发电。电厂生产用水取自海水，于2010年5月率先在广东省电力系统投产696 m3/h的反渗透海水淡化工程。截至2013年8月，反渗透设备已连续运行了三年多，各运行参数仍能达到运行要求，系统运行较稳定，有利地保证了电厂的安全高效生产。在长时间的连续运行过程中，海水淡化系统也曾出现过一些问题，在解决运行问题、优化系统的过程中积累了一些经验，值得交流探讨。
1 平海电厂反渗透系统
1.1 工艺流程
平海电厂海水淡化装置主要包括海水取水、预处理、超滤、一级反渗透、二级反渗透等部分。一级反渗透可将含盐量约36600mg/L的海水淡化为含盐量仅370mg/L的初级淡水，用于全厂杂用水和二级反渗透进水。一级淡水经二级反渗透处理后，含盐量降至约2mg/L，经进一步脱盐后主要用于锅炉补给水系统供水，此外还供生活、消防用水及氢站冷却用水。
系统工艺流程为：海水提升泵→斜板沉淀池→清水池→超滤提升泵→超滤保安过滤器→超滤装置→超滤水池→一级反渗透提升泵→保安过滤器→高压泵→一级反渗透装置→一级淡水箱→一级淡水泵→保安过滤器→二级反渗透提升泵→二级反渗透装置→二级淡水箱。
1.2 主要设备
（1）预处理系统：设计出力2×1000m3/h，采用“列管混合+翼片隔板絮凝+接触絮凝沉淀”组合工艺。海水在进入翼片隔板絮凝前，先投加混凝剂PAC、杀藻剂NaClO，出水浊度设计值为＜5NTU，实际运行值＜2NTU。
（2）超滤系统：设计出力8×250m3/h，每套超滤装置设置84支旭化成UNA-620A系列中空纤维超滤膜；膜材质为聚偏氟乙烯，出水SDI＜3、浊度＜0.2NTU。
（3）一级反渗透系统：设计出力3×232m3/h，每套配置455支卷式芳香聚酰胺复合膜，分装在65个玻璃钢压力容器内；1、3号膜元件选用美国海德能
SWC5，2号选用陶氏SW30HRLE-40。每套一级反渗透装置配置一台流量552 m3/h、扬程3.2MPa的变频高压泵、一台采用涡轮增压的PEI能量回收装置、一个5μm保安过滤器。
（4）二级反渗透系统：设计出力2×100m3/h，每套配置96支膜分装在16个压力容器内，压力容器按一级两段排列；1号膜元件选用美国海德能CPA3-LD，2号选用陶氏BW30-400 。
2 反渗透系统运行工况
2.1 运行工况
反渗透装置性能的优劣主要由产水量和脱盐率来评价，上述因素受温度、操作压力、浓度、流量、pH值以及回收率制约[1]。评价反渗透运行工况需剔除温度和操作压力波动的影响[2]，以下的数据均为原始数据经反渗透标准化计算公式转换而来。
海水淡化系统在投运初期，一级反渗透脱盐率和产水量都能达到设计标准，分别为99.3%、232m3/h，回收率42%。经三年多运行，目前一级反渗透标准化脱盐率仍高达99.5 %，标准化产水量179 m3/h，标准化回收率40%，完全满足生产要求。2010年5月至今每季度以及2011年8月份首次化学清洗前后的标准化运行数据见图1-2：
图11号一级反渗透标准化透盐率
（注:为方便计算，脱盐性能用透盐率来表征，其值为1-脱盐率）
图21号一级反渗透标准化产水量
2011年8月反渗透第一次清洗后，各项性能得到显著提升。清洗前后具体数据见表1：
表1 化学清洗前后反渗透系统性能参数变化
透盐率产水量m3/h 压差bar 回收率
清洗前 0.41% 149 3.37 38.69%
清洗后 0.36% 166 1.67 40.59%
变化率 -12% 11% -50% 4.7%
上述数据表明：
（1）虽然将数据标准化，减弱了温度和操作压力波动的影响，但是反渗透装置的透盐率仍然随季节变化而波动。三年的最小透盐率（即最大脱盐率）均出现在气温最低的1月份，最大透盐率在6、7月份。由于严格控制反渗透入口ORP<200mV、余氯<0.1mg/L，未出现膜的劣化，透盐率仍能保持在较低水平。
（2）产水量在投运初期保持较高水平，自2011年出现了明显下降，2011下半年至今基本维持稳定。这可能是由于投运初期对原水预处理及微生物控制缺乏经验，造成了膜系统的污堵，导致产水量下降。2011年8月，对反渗透进行清洗并制定了完善的预处理和微生物控制措施后，产水量下降趋势得到控制，系统连续两年产水量稳定。
2.2 运行成本
反渗透的运行成本主要涉及设备和厂房年折旧费、电费、维护费、药品费、化学清洗费等[3,4]。按照4年更换一次超滤膜和反渗透膜、电费以上网电价为准来计算，平海电厂一级淡水日常运行成本为2元/t，总成本为6.5元/t。虽然制水成本高于4元/t的市场自来水价，但由于不占用天然淡水资源，能产生巨大的社会效益，有利于火力发电企业的可持续发展。
3 运行中的主要问题和解决措施
3.1微生物污染
膜元件的污染中，胶体及微生物的污染约占75%；尤其是南方的反渗透海水淡化系统，海水微生物丰富，水温高，一旦消毒处理不良就会引起系统内微生物迅速滋生，造成系统压差升高、产水量下降[5,6]。反渗透系统运行初期，虽然按照厂家说明在沉淀池入口加4mg/L的NaClO，但保安过滤器及反渗透装置压差依然上升过快。检查清水池、超滤水池发现壁上有大量微生物粘膜。
针对上述微生物污染问题，平海电厂制订了沉淀池至一级反渗透系统全线杀菌方案，措施包括：a.定期用10%的NaClO，以50ppm有效氯浓度投入沉淀池，维持浸泡1小时后排空、置换、投运；b.定期用KingLee的BIO专用非氧化性杀菌剂投加在超滤产水箱内，控制浓度100ppm，在三套一级反渗透系统运行1h，对超滤产水箱、保安过滤器、一级反渗透实施冲击性杀菌。另外，调整沉淀池入口NaClO投加量，严格控制清水池余氯1ppm、超滤水池余氯0.5ppm，反渗透入口通过投加NaHSO3控制余氯小于0.1ppm。通过实施以上措施，一级反渗透系统压差上升明显变缓，反渗透清洗频率从初期的两个多月一次延长到约四个月一次，保安过滤器也无压差迅速上涨现象，微生物滋生现象得到有效控制。
3.2运行初期的铁污染
