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1、中国人口资源与环境2 0 0 8 年第 8 卷 专刊 C H I N A P O P U L A T I O N ，R E S O U R C E SA N DE N V I R O N M E N TV 0 1 1 8 2 0 0 8 海水反渗透系统运行动态模拟及优化试验研究 祝郦伟钱洲亥曹求洋 1 项目背景 水问题是一个世界性问题，而中国尤为短缺。我国水资 源总量为2 8 i t _ , 立方米，居世界第6 位。人均占有淡水资源量 相当于世界人均数的1 4 。因此建设节水型社会被纳入“十 一五”规划的工作内容。节水意味着开源节流，目前全世界 范围内公认最有效的水处理技术之一就是反渗透( R
2、 e v e r s e O s m o s i s ) 技术。该技术目前广泛运用于海水淡化、苦盐水 淡化、工业废水和城市污水的回收等。 浙江省作为一个沿海经济发达城市，近年来沿海一带的 发电企业也日趋密集，目前在建及已经建成的电厂就有华能 玉环电厂、国华宁海电厂、大唐乌沙山电厂、浙能乐清发电 厂、北仑发电厂，温州发电厂、嘉兴发电厂、台州发电厂等 等。总装机容量达2 4 4 0 0 M W 以上，占全省火电机组装机容 量的8 0 左右。沿海发电企业面临的最大问题就是淡水问 题。其中华能玉环电厂就把目光放在了水资源丰富的海洋， 已建成目前国内最大的膜法海水淡化工程。该工程每天能实 现海水淡化量近
3、4 万吨，其运用的核心技术就是反渗透技术。 而浙能乐清发电厂、浙能兰溪发电厂、嘉兴电厂等火电企业 也不约而同地使用反渗透技术作为自己工业用水的补给水处 理技术。尽管电站锅炉用水对水质要求很高，用水量也很大， 但反渗透技术凭借自身的稳定性，高效性和环保性站在了电 站给水的关键位置。某种意义上来说，对这些电厂而言，能 否高效，稳定，安全地运行反渗透设备，直接影响电厂的安 全经济运行。 然而，作为一项在世界范围内8 0 年代起步，9 0 年代高速 发展起来的水处理技术，反渗透技术自身也存在较多的问题。 反渗透污堵问题就有阿基里斯之踵的称谓。近年来随着结垢 等问题的日益突出，反渗透系统运行阻垢也得到越
4、来越多的 从业人员的重视，相应的市面上也出现了种类繁多的反渗透 药剂。如何选择一种高效、安全、经济的药剂已经成为业内 关注的重点。反渗透阻垢剂的评价这一技术领域也由此应运 而生。 目前反渗透阻垢剂的评价方法五花A f - ，人们很难区分 并选择性实施。很多采用现场试验以及循环水阻垢剂试验为 基础的方法除了耗费时间长、重现性不好等不足外，还存在 与反渗透系统浓缩快、浓差极化严重不符的问题。为了便于 实验室快速、准确、全面、系统的实现评价反渗透阻垢剂，在 以往方法中遴选一种高效简单的方法，以及研究开发一种能 动态模拟反渗透运行，并有效评价反渗透系统的阻垢剂性能 的方法，从而为反渗透运行、研究、设计
5、提供依据和方法，已 成为我们研究的方向。 因此，开展本项目的研究是总结优化过往的方法，开拓 创新新型的技术，为海水淡化等反渗透给水处理技术中的问 题提供研究平台和参考意见。本研究成果中所构建的反渗透 动态模拟试验装置可充分模拟反渗透系统在现场的运行情况， 从而达到在实验室就能分析和解决现场的问题，为我院环化 专业以后在反渗透水处理领域的调试、咨询和技术改进提供 试验平台本研究成果中提出的反渗透药剂实验室静态评价 方法遴选和创新性提出“梯级加药法”的动态模拟评价技术， 为电站反渗透系统的正常运行提供保证，在延长反渗透清洗 周期的同时，也保证反渗透的运行安全，本着成果转化的思 路，课题组在现场及动
6、态模拟装置平台上研究了省内某电厂 反渗透预处理保安过滤器的污堵问题及其解决方法，为该电 厂的实际运行提供参考意见。 8 】5 中国人口。资源与环境2 0 0 8 年中国可持续发展论坛 2 项目开展过程 2 1 反渗透动态模拟试验装置的设计和构建 2 0 0 6 年上半年，课题组部分成员全程参与了华能玉环电 厂4X1 0 0 0 M W 机组1 4 4 0t h 的大型海水淡化项目的调试和 温州龙湾电厂反渗透给水设备的改造工作，从中积累了大量 的有关反渗透水处理技术的经验，同时对反渗透系统的运行 特点，运行关注的重点进行了总结，并提出了构建反渗透动 态模拟装置的框架性思路。 2 0 0 6 年下
7、半年，课题组结合玉环电厂、嘉兴电厂、兰溪 电厂、长兴电厂等反渗透给水系统的设计和调试，查阅了大 量相关内容的国内外技术论文，设计了反渗透动态模拟试验 装置的初稿，并开始购置相关设备，委托工艺装配厂商进行 装配。 2 0 0 7 年初，课题组完成了反渗透动态模拟试验装置的构 建、调试和试运行。 2 2 反渗透阻垢剂实验室静态评价方法遴选 2 0 0 6 年上半年，课题组通过对有关反渗透阻垢剂实验室 静态评价方法论文收集和比较，选定了静态阻垢评价法、临 界p H 值法、电导法、改进浊度法等方法作为研究对象。 2 0 0 6 年下半年至1 J 2 0 0 7 年上半年，课题组对具体方法进行 逐个分析
8、、试验、排除、比较了各种反渗透阻垢剂实验室静 态评价方法，提出了以电导法为主，临界p H 值法为辅的实 验室静态评价方法思路。为从业者在选取实验室静态方法时 提供捷径。 2 3 反渗透阻垢荆动态模拟评价方法即梯级加药法 的提出 2 0 0 6 年下半年开始，课题组开始收集国内外有关反渗透 阻垢剂动态评价方面的资料，发现可用的材料寥寥。为此开 始着手自己总结和提出建立在动态模拟装置基础上的新型的 动态模拟评价方法。 2 0 0 7 年初，课题组基本论证确立了一种新型的动态评价 模式，即：梯级加药法。并经过理论计算认为该方法可以高 效地、针对性极强地来评价反渗透阻垢剂。 2 0 0 7 年上半年，
9、课题组在已经构建并调试好的动态模拟 装置的基础上，实现了梯级加药法，并成功地对目前省内电 厂反渗透系统使用较为广泛的阻垢剂进行了评价，结论和实 验室静态评价基本一致，梯级加药法的提出获得实践成功。 2 4 对反渗透系统运行中实际问题的解决 2 0 0 7 年上半年，课题组针对省内某电厂反渗透系统中出 现的保安过滤器污堵严重、滤芯更换频繁等现象进行了分析 8 1 6 和原因排查，初步提出并验证了解决方案，为电站的安全经 济运行提供保障。 3 主要研究内容和成果 3 1 反渗透动态模拟装置的设计 反渗透动态模拟装置设计的目的是实现较小试验环境内， 较短试验周期中，最大程度模拟现场实际运行环境。即：
10、使 用一套小型装置来分析大型装置所存在的同系列问题。 然而，仅是有和现场一模一样的装置还远远不够，我们 还需在此基础上装备更全面，更灵敏的检测元件，同时在不 改变装置的模拟特性的基础上，最大限度地设计装置的运行 回路，操作条件，使装置能达到在较短运行时间内反应现场 长期运行才会出现的问题。本着这些设计原则，课题组提出 了与传统反渗透系统不同特点的设计项目： 增加了灵敏压差测量元器件，以及相应数据采集、计算、 显示单元， 增加了浓水( 反渗透浓缩液) 、产水( 反渗透透过液) 回 流原水箱的设计， 增加了浓水取样分析装置， 设计两段式运行方式，在每段进出口前后设置压力表 设计了回流液冷却装置；
11、具体的动态模拟装置流程图见图1 。 图1反渗透动态模拟装置系统图 3 2 反渗透动态模拟装置的选型和组装 在装置设计图的基础上，课题组进行了设备的选型安装 和调试。设备选型中主要考虑了设备的稳定性、匹配性和经 表1动态试验装置主设备清单 序号名稚广宗 型号 数量 1多级离心岛_ 工素丹壹格兰富a H 灯一2 9台 2多级廓心增压泵丹麦播兰甯C H l 4 - 4 02 台 t 1 5 1D P 6 S 2 2 8 1c 一2 叫输出：量控： 3精密羞压重遘蓦R O S f l I O U N I2 蠢 O 一0 日- p a 】 4 在线电导车仪 G F S l G N E T 8 8 5 0
12、 3 蠢 5 舒能妊显：也幢仪华崆伟业 X I P? 套 6田墒j i 空* j 器O R 洲C P H I 一2 0 c D R 一 一V I1 毫 7反灌连强元件羹国D O l l B 0 - 4 0 4 06 支 8制净器重庆试昭缝鲁厂z L 一11 自 9保安过童叠科星术处理设鲁斑譬1 謇 m 日伟# 海女蕾* i # 自0 # m t * * * R 济性，使其能更加真实地E 应电站运行情况为此我们选月 T 大量进口的设备材料用干椅建动态模拟装i ，主要设备情 单如表l 所示。 3 3 反渗透阻垢嗣实验室静态评价方法的遘选 反渗琏m 垢剂的评价方法大部舟是从研究I 。循环冷却 水i
13、统用阻垢荆* 始，垃目前米用的许多垢剂评价技术 或完全来自干循环本m 垢剂的评价方法或稍作改进后用J I E 绔透阻垢剂的评价目前大致日n 为静态阻垢评价洼鼓抱 浩、临界p H 值法电导法改进浊座洼髓极限碳醣盐法等 方法。 2 0 0 6 午半年起始，课题组查蚶r 大盐目内外有关方面 的拉术抡立对比分析后着t 选定r 静杰m 垢评价让临界 D I l 值法电导法和改进浊度法作为选择对象。2 0 0 6 年T 中 年，对省内电站反渗透制水系统较为普追使用的阻垢剂进行 了调研，选取r = 种阻垢荆作为研究对象，井干2 0 0 6 年下半 年到2 0 0 7 年上半年，H 别就軎十种药荆和评价方法进
14、行7 实 验室试验。试验结果z 袅2 目2 雕3 目4 所示。 & 2 $ m * * n 镕镕 E i i E 1 阻釜 目2自# 镕2 m * m * # $ # 从实验过程和数据结果可吼得到口种方挂均能月干评 价& 渗透阻垢剂。茸中特志阻垢法重理性差隍差大，试验 中甚i 出现m 值。其他= 种方沾征i 现性和准确性方面都比 较m 想，口种方法对比情况见表3 。 。! 薹t i 韭4 _ I ! ! E L 衄i J t 4l 哪 t 酣4E t x 日，”* 1 j t “4 碡：4 ：“口 # z I _ t ， h 4 即 h t i* x * 1 ；h 4 ，t n H ，B #
15、； mH n N 一”t ”潞：j 警j 盎j = 一t 一 刮：前搿喘k 饕：。? ：j 器。册。 表中知电导法最为简便结果准确性也争 满意一临 界o H 值磕，准确性和重现性好，怛操作要求较高操作垃 程影响p H 值的变化因素鞍多，所以临界p H 倩摇适宜干作为 电导法的辅助验旺打浊。浊度法由下存在挝拌度和时间的 影响月时加鲔鼍控制荨影响，使其结果 为影响较多，所 以浊座法作为备选方法较好。 通过对几种方浩的试验谦题组也得到r 几种常用阻垢 剂的阻垢教果对。其中国产# I R O N 垢荆实峙室静志评价 最好，美目K I N G L E E 0 司的P T P 0 1 0 0 效果居次，而
16、芰国P w T 司的阻垢剂A S D 2 0 0 兢果稍差。 3 4 动态模扭阻垢拥评价方法即“梯级加药法”的 提出 目前界范目内对E 渗透阻垢剂的动态模拟评价均处于 初级研究阶段，大邬丹试验还是建立在长时间的运行基础上 的。课题组查阅碉研T B u t tA IS h a m a nD a y i dH a h n 等国外睾京在沙特科威特等地进行的。给水次通过法阻 垢剂评价试验。其耗时H 别达到3 0 和6 0 0 0 小时。由此可 E 常挝动盎评价E 渗透阻垢剂是一个长期的过程。动则几 f - l b 时，非但济性严重影响有时候根本没有这多时间 击试瞬，蚓内就常常是先使月再抨竹嘣此时E 渣透幞组件 8 1 7 十目
