雙膜法制軟水工藝的應(yīng)用

侍繼軍 陳 宇 陳冬梅 馬亞娟

(江蘇和友化工有限公司 江蘇宿遷223809)

0 前言

在合成氨生產(chǎn)過程中，根據(jù)工藝要求需對原水進(jìn)行軟化處理。江蘇和友化工有限公司原采用陰陽離子交換樹脂工藝制軟水。該工藝存在制水周期短、樹脂抗污染能力差及再生排污水化學(xué)需氧量(COD)高等問題。為此，投資2 000萬元新增3套雙膜法制軟水系統(tǒng)，每套系統(tǒng)產(chǎn)水約100 t/h，減少了對環(huán)境的污染和減輕了對設(shè)備的腐蝕，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 工藝流程

雙膜法制軟水工藝以雙膜法為核心，采用石英砂過濾器作預(yù)處理器，其工藝流程見圖1。原水池中的原水經(jīng)原水泵進(jìn)入石英砂過濾器除去水中的懸浮雜質(zhì)以及部分有機(jī)物、膠體；過濾出的水經(jīng)超濾供水泵進(jìn)入自清洗過濾器，除去細(xì)小的顆粒并攔截過濾器的微小濾料，然后進(jìn)入超濾系統(tǒng)，除去膠體、懸浮物、病菌等物質(zhì)后進(jìn)入超濾產(chǎn)水箱中；經(jīng)一級反滲透(RO)供水泵送入一級保安過濾器后由一級高壓泵送入一級反滲透膜組中，經(jīng)過反滲透處理后產(chǎn)生的水經(jīng)過除碳器送入一級RO產(chǎn)水箱；之后，通過二級RO供水泵送入二級保安過濾器進(jìn)一步過濾，然后由二級高壓泵進(jìn)入二級反滲透膜組，經(jīng)處理后送入除鹽水箱供各工段使用。

圖1 雙膜法制軟水工藝流程

2.1 預(yù)處理

采用石英砂過濾器，選用吸附力強(qiáng)、質(zhì)輕的石英砂作為濾料，利用其吸附的特性，除去水中的膠體、懸浮物等雜質(zhì)。該過濾器由本體進(jìn)水裝置、集水裝置、外配管、儀表以及取樣裝置等組成。進(jìn)水裝置為上進(jìn)水、噴淋布水，集水裝置為多孔板濾水帽集水或穹形多孔板加承托層結(jié)構(gòu)，具有獨特的均勻布水方式使其具有過濾性能穩(wěn)定、運行周期較長(一般24 h反洗1次)等特點。該系統(tǒng)并聯(lián)使用6臺Φ3 200 mm的石英砂過濾器，設(shè)計濾速為10 m/h，每臺處理量為80 m3/h。

2.2 自清洗過濾器

為防止原水中較大的機(jī)械類雜質(zhì)進(jìn)入超濾系統(tǒng)而對濾膜造成損壞，在過濾器產(chǎn)水進(jìn)入膜系統(tǒng)前，設(shè)置2臺CNAF-FT10型自清洗過濾器，濾網(wǎng)材質(zhì)為316L，單臺流量450 m3/h，過濾精度(最小粒度)100 μm，自清洗時間10～60 s。待處理的原水由入水口進(jìn)入機(jī)體，水中雜質(zhì)沉積在自清洗過濾器的不銹鋼濾網(wǎng)上，由此產(chǎn)生壓差。通過壓差開關(guān)監(jiān)測進(jìn)、出口水壓差變化，當(dāng)壓差達(dá)到設(shè)定值時，電控器給水力控制閥驅(qū)動電機(jī)信號引發(fā)以下動作：電動機(jī)帶動刷子旋轉(zhuǎn)，對濾芯進(jìn)行清洗，同時打開控制閥進(jìn)行排污，整個清洗過程只持續(xù)數(shù)十秒。清洗過程結(jié)束時，關(guān)閉控制閥，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)恢復(fù)至初始狀態(tài)，開始進(jìn)入下一個過濾工序。 此外，還可通過控制時間調(diào)整清洗頻率。

2.3 超濾膜

該系統(tǒng)的膜絲內(nèi)徑為Ф 0.8 mm、有效膜面積為35 m2的親水性聚醚砜超濾膜。超濾組件殼體所能承受的最大工作壓力是0.4 MPa，超濾組件的反洗水壓力 ≤0.15 MPa。以中空纖維膜為過濾中心處理單元，采用錯流過濾模式，使水的流向平行于濾膜表面，在濾膜表面可形成較大的剪切力，使膜污染物始終處于懸浮狀態(tài)，降低了濃差極化帶來的影響，減少了微粒和溶質(zhì)在膜面的堆積，減輕了膜污染，實現(xiàn)了超濾裝置的連續(xù)運作。

2.4 保安過濾器

該系統(tǒng)反滲透裝置設(shè)置成單元制，故1套反滲透裝置采用1臺可更換卡式濾棒的保安過濾器，產(chǎn)水量為160 m3/h，內(nèi)置大流量濾芯6支，過濾精度5 μm。

2.5 反滲透系統(tǒng)

該系統(tǒng)反滲透膜組為二級設(shè)計，每級均按兩段設(shè)計，一級使用玻璃鋼壓力容器26支/套，按18∶8排列，膜元件156支/套，設(shè)計回收率70%～75%。二級使用玻璃鋼壓力容器54支/套，按12∶6排列，膜元件108支/套。

3 存在問題及解決措施

3.1 產(chǎn)水量降低

在該系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試階段，由于操作人員對設(shè)備不熟悉及高壓泵入口水壓低，導(dǎo)致反滲透壓力低，造成產(chǎn)水量降低。解決措施：加強(qiáng)員工培訓(xùn)，高壓泵入口水壓最低限設(shè)為0.1 MPa，反滲透壓力低于0.1 MPa 時，應(yīng)通過調(diào)節(jié)高壓水泵電機(jī)頻率提高反滲透壓力，以增加產(chǎn)水量。

3.2 供水不足

反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)率對進(jìn)水水溫的變化十分敏感，隨著水溫的下降，水通量呈線性減少。進(jìn)水水溫每下降1 ℃，產(chǎn)水量降低2.5%～3.0%；進(jìn)入秋冬季以來，每套系統(tǒng)產(chǎn)水量約70 t/h。解決措施：在原水池前增設(shè)1臺板式換熱器，通過加熱保證水溫在20～25 ℃。改進(jìn)后，每套系統(tǒng)產(chǎn)水量提高至90 t/h。

3.3 清洗效果不好

系統(tǒng)運行一段時間后，反滲透膜元件受到給水中的懸浮物或難溶鹽的污染，原采用國產(chǎn)清洗劑(價格約1萬元/t)進(jìn)行清洗，但效果不好。為此，采用進(jìn)口清洗劑(價格約6萬元/t)后，清洗效果令人滿意。

4 運行結(jié)果

該系統(tǒng)自投運以來，運行穩(wěn)定，出水質(zhì)量遠(yuǎn)高于陰陽離子交換樹脂工藝系統(tǒng)所產(chǎn)的軟水。改進(jìn)前、后系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 改進(jìn)前、后系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)

項 目改進(jìn)前改進(jìn)后軟水電導(dǎo)率/(μS·cm-1)151軟水中Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)/(×10-6)5.00.9再生污水中COD質(zhì)量濃度/( mg·L-1)721.023.6

該系統(tǒng)所產(chǎn)軟水一部分用于產(chǎn)蒸汽，采用雙膜法工藝后，軟水質(zhì)量提高，蒸汽質(zhì)量也提高。據(jù)統(tǒng)計，采用陰陽離子交換樹脂法所產(chǎn)軟水的成本約9.5元/t，采用雙膜法所制軟水成本約4.5元/t。按每套設(shè)備平均100 t/h產(chǎn)水量(除去檢修5 d)、全年運行時間360 d計，全年可節(jié)約1 300萬元，約2年即可收回投資。采用雙膜法制取軟水減少了排污水中COD量，減少了對環(huán)境的污染和減輕了對設(shè)備的腐蝕，還延長了催化劑的使用壽命。