关于超滤在运行时不加次氯酸钠的可行性探析
孙绍哲
摘 ?????要：某350 MW超临界机组锅炉补给水处理过滤使用超滤装置，设计之初运行时需要投加次氯酸钠，由于运行过程投加次氯酸钠出水余氯较难控制，且存在氯超标氧化反渗透膜的危险。因此分别使超滤装置在投加次氯酸钠和不投加次氯酸钠工况下长时间运行，通过超滤的流量、压差、进出口浊度等方面进行比对，探析在正常制水情况下不加次氯酸钠的可行性，为超滤装置的安全经济运行提供了依据。
关 ?键 ?词：超滤;次氯酸钠;微生物;水质
中图分类号：TQ131.1+2 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）03-0616-04
Abstract： An ultrafiltration device is used to filter the feedwater in a 350 MW supercritical unit. Sodium hypochlorite needs to be added during the initial operation of the boiler. It is difficult to control the residual chlorine after adding the sodium hypochlorite during operation， and there is a risk that the chlorine will oxidize the reverse osmosis membrane. In this paper， the flow rate， pressure difference and turbidity at the inlet and outlet of the ultrafiltration device were compared during long time operations under the conditions of adding sodium hypochlorite and without adding sodium hypochlorite， and the feasibility of ultrafiltration without sodium hypochlorite under normal water conditions was analyzed， which could provide a basis for the safe and economic operation of ultrafiltration device.
Key words： Ultrafiltration; Sodium hypochlorite; Microorganism; Water quality
超滤是一种用于去除微生物、悬浮物和胶体的微孔低压水处理工艺，其良好的过滤性能和便于维护性等优势，在火力发电厂水处理系统大规模应用。某电厂锅炉补给水采用纤维过滤器+自清洗过滤器+超滤+反渗透+离子除盐的处理流程。超滤装置采用了新加坡凯发的聚偏二氟乙烯（PVDF）外压式中空纤维膜作为膜元件，型号为K2000T，并配套了次氯酸钠、酸、碱加药装置。超滤装置自2015年8月开始调试使用，根据设备运行的实际情况、和对相关指标及设备的观察，认为超滤在正常制水过程中可不加次氯酸钠，一方面可最大程度的减少因为ORP表反应不灵敏导致的余氯超标，另一方面减轻了运行人员对超滤余氯和反渗透进水余氯指标控制的压力，最重要的是大量节省了还原剂和次氯酸钠的药量，符合集团公司效益最大化及节能环保的主张。
1 ?超滤的基本情况
1.1 ?投加次氯酸钠的原因
超滤技术主要用于分离分子量为500～500 000的颗粒溶液，如多糖、蛋白质、酶等，因此理论上来说绝大多数细菌都可以在超滤这一装置下被截留，由于细菌附着在超滤膜上[1]。若其存在一定活性，在合适的温度及环境下，会大量的繁殖和滋生，这也是超濾装置在制水过程中，加入次氯酸钠的目的，是进行杀菌，防止细菌大量滋生影响水质。另外细菌大量的滋生，也会将膜堵塞，导致制水量和过膜差压的增高，对装置造成不利影响。
1.2 ?目前超滤运行情况
在调试期间，超滤装置根要求及设备规范，每运行60 min，进行水反洗1次，反洗15个周期，进行一次化学加强反洗。具体为：系统备用→正冲（仅在每次投运时执行）→（产水→反洗）×15个周期反洗后→产水→化学加强反洗1（NaOH+NaClO）→（产水→反洗）×15个周期反洗后→产水→化学加强反洗2（HCl）。
根据要求，超滤产水余氯在0.3～05 mg/L，根据该参数对超滤进水次氯酸钠泵的加药量进行调整。
2 ?可行性分析
2.1 ?超滤装置具有良好的除污方式
超滤装置可以去除98%以上的有机物， 99.99% 以上的微生物，能确保产水SDI 小于1[2]。同时采用的超滤装置为外压式过滤，该方式使膜丝外部空间远大于膜内芯空间，污染物不易粘附及污染膜表面，降低了膜的堵塞几率，提高对进水水质波动的耐受能力，反洗恢复能力强，因而使得部分细菌不易附着。另外再通过反洗和化学加强反洗就可以将细菌大量洗净。
2.1.1 ?普通反洗
超滤装置在制水60 min后进行一次水反洗，该反洗采用独特的“气擦洗+气水反洗”，利用气体在膜内震荡，使附着在膜表面的的物质得以剥落，并被冲洗水带走[3]，所以反洗效果好，清洗彻底，通量恢复能力强。由于较为频繁的气水反洗，使得细菌不易附着和滋生，大大影响了其生存的环境。
2.1.2 ?化学加强反洗
超滤装置目前制水15个周期以后，就采用含有一定浓度次氯酸钠、氢氧化钠、盐酸的水进行加强反冲洗，这其中就有次氯酸钠。该清洗方法可除去大部分不易冲洗掉的污染物和微生物。
2.1.3 ?超滤膜的化学清洗
在超滤装置的长期使用和运行过程中，由于累积效应，水中的微生物和其他杂质会逐渐影响膜的分离性能，膜通量会由于污染物的積累而降低[4]。因此，超滤装置在在一定条件下可对膜组件进行化学清洗，以恢复膜的通量和截留率。该清洗实际上比之前两种要清洗的更加彻底[5]，所以化学清洗可以算作是超滤膜的最后一道防线。
以上三种清洗方式最终保证了超滤的正常运行，因此设备本身及定期反洗等措施已经确保了其良好的去污性能，最大程度的将膜上污物洗去，使其失去了繁殖和滋生的环境。
2.2 ?超滤装置两种运行方式的对比
从超滤装置投运以来，正好经历了加次氯酸钠和不加次氯酸钠的运行。由于设备异常从2016年1月15日开始，超滤制水就一直没有加次氯酸钠，这也正好为我们此次对比提供了样本。
2.2.1 ?超滤进出口浊度变化
浊度在一定程度上可以反映水质的变化以及超滤膜过滤的好坏，另外它也可以大体反映水中微生物含量的多少，因而对于加与不加次氯酸钠，这是一个很重要的指标。
由图1、图2可以看出，无论超滤装置在制水过程中是否投加次氯酸钠，并且在进水浊度变化比较大的情况下，产水浊度始终稳定在0.02 NTU，并没有因为没有加次氯酸钠而导致产水浊度上升。这大体说明，不加次氯酸钠在16 d时间内并没有导致产水水质变差。
2.2.2 ?超滤过膜压差
通过观察图3，会发现进水流量和过膜差压具有一定的正相关，即进水流量越大，过膜差压越高，这符合超滤的基本运行工况。
另外加次氯酸钠和不加次氯酸钠两种运行工况，在流量基本一致的情况下，两种运行工况的过膜差压未出现明显的差距，甚至出现了投加次氯酸钠的超滤膜差压高于不投加工况下的，因此可以说明，超滤制水不加次氯酸钠并不会引起微生物对膜的堵塞。
2.3 ?制水过程中不加次氯酸钠的经济分析
2.3.1 ?次氯酸钠药品的经济核算
该厂所使用的次氯酸钠为10%工业纯，投加原液使用。
进水次氯酸钠计量泵实际流量=最大流量×冲程百分数×频率百分数=25×47%×12%=1.41 L/h（对应进水流量140 t/h）。
因此次氯酸钠单耗为0.01 L/t。目前次氯酸钠市场价格为2 000～3 000元/t，按照2 000元/t计算，则超滤装置每处理1 t水，次氯酸钠药品费用为：
次氯酸钠药品费用=0.01×10-3×1.18×103×10-3×2 000=0.023 6元/t。
该厂超滤平均基本每天运行6 h左右，以超滤额定制水量162 t/h为例，两套运行，则超滤每天处理水量为1 944 t。则每天制水过程中加入的次氯酸钠费用为45.87元。
短期来看，虽然次氯酸钠药品费用不是很高，但是长此以往其经济效益是非明显的。
2.3.2 ?亚硫酸氢钠（还原剂）药品的经济核算
由于反渗透装置进口对余氯要求非常严格，要求余氯必须小于0.12 mg/L，余氯过高会使反渗透膜氧化从而造成膜的寿命减短。在超滤制水过程中加入次氯酸钠，会使反渗透进水余氯升高，因此需要加大亚硫酸氢钠的用药量，以使余氯降到合格范围内。若超滤制水时不加次氯酸钠，则亚硫酸氢钠的加药量会减小很多，具体费用核算如下。
还原剂计量泵实际流量（加）=最大流量×冲程百分数×频率百分数=25×70%×18%=3.15 L/h（对应进水流量162 t/h）。
还原剂计量泵实际流量（不加）=最大流量×冲程百分数×频率百分数=25×70%×8%=1.4 L/h（对应进水流量162 t/h）
以目前反渗透运行状况，平均每天两套装置运行需制水6 h，以162 t/h计。则每天还原剂药品费用分别为141.91元和64.15元，每天可节约费用77.76元（表1）。
2.3.3 ?经济总核算
次氯酸钠的投加，直接影响的是次氯酸钠和还原剂的用药量。通过以上计算，若超滤装置运行时不投加次氯酸钠，每天节省材料费用123.63元，一年至少可以节约5万元药品费用。在两台机组运行情况下，制水量会大大增加，其药品的消耗将是非常可观的一笔数字，因此不投加次氯酸钠在经济上具有非常现实的意义。
3 ?结 论
（1）由于超滤本身具有良好的除污性能，通过普通水气反洗、化学加强反洗和化学清洗，最大程度的减少了微生物在超滤膜上滋生和堵塞的可能性.化学加强反洗中的次氯酸钠加碱洗，可以将膜上细菌杀死并通过反洗方式将其排出，因而从设备本身角度来说，进水次氯酸钠不加是可行的。
（2）通过投加与不投加次氯酸钠两种运行工况对比来看，不加次氯酸钠，没有使过膜差压明显增高。通过产水浊度，可以看出来，也没有使水质变差，因而从指标分析的角度来看，进水次氯酸钠不加是可行的。
（3）通过经济核算来看，超滤装置运行时不加次氯酸钠，使次氯酸钠和还原剂的用药量减少，每天节省材料费用123.63元，1年至少可以节约5万元药品费用。
因此在超滤装置运行过程中，若使用的水源水质情况比较稳定，可以考虑不加次氯酸钠。
参考文献：
[1]刘宇峰，王敏，王钢，等. 超滤装置污染原因及分析处理[J]. 清洗世界，2012，28（12）：37-39.
[2]曹凤英，许普，李永吉，等. 超滤膜分离和反渗透技术在企业水处理中的实际应用[J]. 当代化工，2016，45（7）：1471-1473.
[3]吴华斌. 火电工程调试技术手册（ 化学卷） [M]. 北京： 中国电力出版社，2004：48.
[4]张博丰，马世虎.超/微滤膜的膜污染与膜清洗研究[J]. 供水技术，2009，3（06）：13-16.
[5]王爱兵，李雅，李淑贤，等.超滤过程中膜污染控制和膜清洗的研究进展[J].河北工程大学学报（自然科学版），2009，26（02）： 98-102.
