2 反渗透及预处理方案与设备
由于反渗透工艺不需酸、碱再生、操作简单等优点，并随着反渗透膜与配套设施价格降低，使反渗透工艺在电厂水处理中得到越来越广泛的应用。反渗透工艺有耗水量高、预处理设备庞大、占地面积大等缺点。在华能白杨河电厂2X135 MW 扩建工程中，针对其水质特，做了2 点优化：(1)将反渗透装置水回收率提高到85％；( 2)预处理设备采用叠加卧式过滤器。
大大提高了反渗透设备的使用性能。
由于锅炉补给水原水水质较差，若采用常规的过滤设施，水处理设备的占地面积将非常大。如采用常规的双介质过滤器和活性炭过滤器与3 套出力为100t/h 的反渗透设备配套，分别需要直径Φ3000mm 的双介质过滤器和活性炭过滤器各8 台，加上反渗透和离子交换设备，水处理室主跨占地78mx15m，厂房高度10m。 而该电厂厂区面积小，不允许水处理室占地面积太大。因此，采用了叠加卧式双滤料过滤器和叠加卧式活性炭过滤器各1 台。该过滤器结构紧凑，占地面积少，使主跨占地减少为54mx15m，厂房高度10 m。
2.1 叠加卧式双滤料过滤器
过滤器是反渗透系统的重要预处理装置，本系统采用针对地下水水质特点的双滤料过滤器，滤除原水的细小颗粒、悬浮物、胶体等杂质，保证其出水SDI(污染指数)不大于4。其特性如下：
(1)具有独特的均匀布水方式，使过滤达到最大效果，能长期满足反渗透膜对污染指数SDI 的要求。
(2)反洗装置带空气擦洗，能力强、时间短、水耗低。
(3)单台过滤器对地下水的运行周期可达72 h 以上。
(4)采用进口双速水帽，专门用于反渗透预处理系统，填料选用优质滤料，以保证良好的过滤效果，且不会出现反洗乱层现象。
(5)叠加卧式双滤料过滤器分2 层布置，每层4 格。每格均可单独运行和反洗，当其中任一格过滤器的进、出口压差达到某定值或出水SDI 大于4 时，则退出进行反洗。同时，备用格双滤料过滤器投入运行。
2.2 叠加卧式活性炭过滤器
此设备去除水中低分子有机物、游离氯，减少水中异味、色度和臭味。作为反渗透系统的前处理装置，活性炭过滤器可防止反渗透膜表面的有机物污染，而不受其本身进水温度、pH 值和有机混合物的影响。其特性如下：
(1)具有独特的均匀布水方式，使过滤效果最好，能长期满足反渗透膜对有机物污染要求。
(2)带反洗装置，能力强、时间短、水耗低。
(3)采用专用于反渗透预处理系统的进口双速水帽，填充精选的均匀滤料，以保证良好过滤效果，且不会出现反洗乱层现象。
(4)叠加卧式活性炭过滤器分2 层布置，每层4 格。每格均可单独运行和反洗，通常运行4～5 天反洗1 次，同时，备用格双滤料过滤器投入运行。
2.3 预处理装置的加药设备
组合式预处理加混凝剂装置为系统投加适量的聚凝剂(PAC)，并将原水中的悬浮物、有机物、胶体等凝聚成大颗粒矾花，在双滤料过滤器的介质表面形成一层过滤膜，以便其在双滤料过滤器中被有效地去除。
由于系统进水为地下水，其中含有悬浮物、有机物和胶体。这些杂质往往带有同性电荷，它们相互排斥，难以自动聚集成大颗粒。PAC(聚合氯化铝)是长链的高分子聚合物，它具有压缩胶体双电层的作用，同时对异性电荷可起中和作用，而且每一个基团都可吸附水中分散的悬浮物、有机物、胶体等小颗粒杂质，使其凝聚成大颗粒矾花，以便通过双滤料过滤器将其除去。为了增加水中杂质颗粒被凝聚而被吸附的机会，应适当地进行搅动混合。本系统PAC 的加入选择在双滤料过滤器的进水母管上，且随后装设静态管道混合器。
2.4 预处理设备的特点
设置的卧式过滤器具有结构紧凑、占地面积小、节省投资、便于自动化、运行维护方便的优点。
加药设备的应用，使卧式双介质过滤器能除去原水中的胶体和悬浮物，卧式活性炭过滤器能有效除去有机物和原水中添加的游离氯。以上预处理装置能满足反渗透设备对进水水质的要求。
3 反渗透装置的主要设备
反渗透成套装置包括保安过滤器进水阀始至反渗透淡水出口阀之间的所有设备、管道、阀门、附件及所需的监测控制仪表、信号变送器和就地控制盘，并包括一箱二泵式预处理混凝剂加药装置、反渗透阻垢剂注入系统、反渗透清洗系统、水冲洗系统、不锈钢管式药品混合器等辅助设施。另预留1 x l00t/h 反渗透装置接口及位置，该套装置布置在2 x100 t/h 反渗透装置顶部。
在上述预处理系统正常运行的条件下，反渗透装置设计出力100m3 /( h▪套)；出水水质为1 年内系统脱盐率不小于98％；3 年内系统脱盐率不小于97％；水回收率75％～85％。
系统内所有配套的管道、阀门、管件均采用SS304 不锈钢，酸洗系统采用耐酸进口PVC材料。从反渗透系统的运行和操作安全出发，保安过滤器、高压泵、反渗透装置都呈一对一的串联设置，即1 套反渗透配置1 台保安过滤器和2 台高压泵。
3.1 反渗透装置
反渗透装置是本系统中最主要的脱盐装置，该系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物。经过预处理后合格的原水进入置于压力容器内的膜组件，水分子和极少量的小分子量有机物通过膜层，经收集管道集中后，通往产水管再注入反渗透水箱。反之，不能通过的经由收集管道集中后通往浓水排放管，排入原水箱或排出系统之外。系统的进水、产水和浓水管道上都装有一系列的控制阀门、监控仪表及程控操作系统，它们将保证设备能长期保质、保量的系统化运行。
根据工程要求和生产中便于调节水量的需要，本系统将反渗透系统设置成3 套出力为100m3 /h 的反渗透装置，并联运行，运行时，通过后续的水箱水位，调节反渗透装置投运的套数。
反渗透膜元件采用低压复合膜，膜使用寿命不少于5 年。选用美国DOW 公司产品。本装置反渗透膜组件均采用世界上最先进的TFC 型复合膜，单根膜脱盐率达99.6％，根据需方提供的原水水质分析报告，经过反渗透膜专用计算软件计算，当设计反渗透装置的回收率为75％～85％时，每套配置102 根BW30- 400 的膜组件，每根膜组件有效膜面积为37m2，分别装在17 根FRP 压力容器内，成11x6 排列。反渗透装置的运行压力不大于1. 5MPa。
3.2 高压泵
本系统每套反渗透装置设置2 台出力为66.7m3/h，压力为1.36MPa 的进口立式不锈钢高压泵，并联运行，为1 套反渗透装置提供进水。该泵具有体积小，效率高，噪声低，维护量低，节省能量的特点。高压泵采用进口产品，材质为316 不锈钢，出力及压力满足工艺系统的要求。
高压泵的作用是为反渗透木体装置提供足够的进水压力，保证反渗透膜的正常运行。根据反渗透本身的特性，需有一定的推动力去克服渗透压等阻力，才能保证达到设计的产水量。
根据反渗透的配置，经计算，温度为20℃时，提供的进水压力不小于1.36MPa。
3.3 反渗透装置阻垢剂注入系统
设置1 套组合式反渗透装置阻垢剂注入系统，系统为一箱二泵制。溶液箱采用PE 材质，管路采用进口PVC 材质，其容积满足系统正常运行时1 天的药品耗量。加药泵为1 台运行1 台备用。成套装置中包括控制柜并留有输出、输入控制信号。阻垢剂加药装置是在预处理后的原水进入反渗透前，加入高效率的专用阻垢剂，以防止反渗透浓水侧结垢。
反渗透的工作过程是原水在膜的一侧从一端流向另一端，水分子透过膜表面，从原水侧到达另一侧，而无机盐离子就留在原来的一侧。随着原水的流程逐渐增长，水分子不断从原水中取走，留在原水中的含盐量逐步增大，即原水逐步得到浓缩，而最终成为浓水，从装置中排出。浓水受浓缩后各种离子浓度将成培增加。自然水源中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3－、SO42－、SiO2 等倾向于产生结垢的离子浓度积一般都小于其平衡常数，所以不会有结垢出现。但经浓缩后，各种离子的浓度积都有可能大大超过平衡常数，因此会产生严重的结垢。
判断水结垢的标准是：(1)对于碳酸盐垢以朗格利尔(LSI)为基准；当LSI 小于0 时不结垢，LSI 大于0 时结垢；(2)对于硫酸盐垢，是以饱和指数来确定的，水中阳、阴离子的浓度积与饱和平衡常数的比值即为饱和指数。当饱和指数小于1 时不结垢，反之会结垢。本系统选用进口SG860 型复合阻垢剂，它可提高水中难溶物质的饱和度，它具有以下功能：(1)抑制析出作用；(2)分散作用；( 3)晶格扭曲作用；(4)络合作用。
采用该种阻垢剂后，具体阻垢能力表现如下：(l) LSI 可以由负值提高至2.6；(2) BaSO4的饱和指数可达160 倍；(3) SrSO4 的饱和指数可达12 倍；(4) CaF2 的饱和指数可达120 倍；( 5) SiO2 的饱和指数最大可达2 倍。另外，此阻垢剂是非磷系有机复合物，排放后，不会对自然水体产生富营化的影响，是绿色环保型产品。
阻垢剂型号及加药量是根据木工程水源、水质和系统设计经综合计算后确定的，满足反渗透脱盐率和回收率的要求。
3.4 反渗透装置的清洗与布置
设置与反渗透装置相配套的清洗系统、冲洗水泵和保安过滤器。3 套反渗透设备分2 层布置，其中2 套放在1 层；第3 套山钢平台架起放在第2 层。
3.5 运行控制系统
每套反渗透装置设置1 台就地仪表盘和1 台就地操作盘。仪表盘可显示反渗透系统工艺运行参数。就地操作盘能启、停高压泵及相关电动门或气动门。反渗透系统所有的运行参数、参数越限报警信号、泵状态信号、电动门和气动门的状态信号发送至化水程控系统(PLC)；在PLC 上，能对泵、电动门和气动门进行控制。
3.6 反渗透系统的原理与特点
根据该电厂水质情况，设计反渗透系统时，增设了1 路浓水回流管。该浓水回流管路投运后，反渗透的水回收率可达85％，节约了水用量。反渗透装置的系统连接和浓水回流管路见图1。
反渗透的原理图见图2。反渗透设备依85％回收率运行时，根据物料平衡，可得出c1=1. 5c0，c3 =6.5c0，按该浓度计算，加入该电厂选定的阻垢剂，配合适当的加药量，能保证安全运行、不结垢。图2 中，ф表示流量，c 表示含盐量。
4 调试、运行情况及经济效益分析
4.1 反渗透及预处理设备调试结果及运行情况
至2003 年9 月，该电厂水处理设备己经调试完毕，投入运行。预处理设备和反渗透设备的出水水质如下：(1)双介质过滤器出水浊度0.21FTU；(2)活性炭过滤器出水污染指数SDI为2.5；(3)反渗透出水电导率16us/cm。
该电厂调试时只安装了2 套100 t/h 反渗透设备(预留1 列)，而预处理双介质过滤器和活性炭过滤器是按3x100 t/h 反渗透设备配置。所以，过滤器按较低出力运行，未达到设计出力。当第3 列反渗透和离子交换设备投运后，前述预处理过滤器才按设计出力运行。
该电厂反渗透及预处理设备运行情况表明：预处理双介质(活性炭)过滤器的出水水质满足设计要求；反渗透系统在满足出水水质要求的前提下，水回收率可达85％。调试时，反渗透的脱盐率可达98％；系统出力达120 t/h(设计出力为100 t/h)。
4.2 经济效益分析
4.2.1 预处理费用比较
方案1 为采用叠加卧式活性炭(双介质)过滤器，方案2 为预处理采用常规过滤器的方案，方案1 与方案2 的比较见表3。