膜分離和離子交換組合技術的設計應用分析

尚恒星

摘 要：由于膜分離和離子交換組合技術在環(huán)境友好，運行成本方面相對于其他工藝系統(tǒng)較有優(yōu)勢，在石油化工項目脫鹽水站設計中得到廣泛的應用。反滲透膜法處理工藝在除鹽上的高效、能耗低，受原水水質影響小等優(yōu)點，并采用高壓泵的變頻拖動，以混床替代 EDI 裝置等有效措施，極大地推動了此水處理工藝的應用范圍。該文從工藝系統(tǒng)，設備選型、材料選擇、控制系統(tǒng)、廢水排放等幾個方面介紹了膜分離和離子交換組合技術的設計，分析了此種工藝的特點，能夠滿足出水水質、環(huán)境友好、運行成本的要求。

關鍵詞：水處理系統(tǒng) 膜分離和離子交換組合技術 超濾 反滲透 混床

中圖分類號：TQ028.8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0120-02

常見的脫鹽水站水處理方案主要有純離子交換技術，膜分離和離子交換組合技術以及全膜法。純離子交換技術運行中缺點較多，人員操作頻繁，勞動強度大；對環(huán)境的污染大，這種水處理方式已經(jīng)逐漸被淘汰。全膜法作為一種比較先進的新技術，其主要優(yōu)點保證水質的連續(xù)穩(wěn)定，對環(huán)境無污染，易于安裝、操作和維護。但全膜法中的EDI膜成本較高。

膜分離和離子交換組合技術，主要工藝流程為超濾+反滲透（RO）+混床，從綜合效能上擇優(yōu)搭配膜分離技術和離子交換技術， 有效地減少了廢酸堿的排放，降低了水耗、電耗，使水處理工藝更趨合理，更為高效、節(jié)能和清潔。該文以某石化項目脫鹽水站設計為例，對膜分離和離子交換組合技術的設計應用分析。

1 系統(tǒng)進水水質及工藝流程

根據(jù)全廠脫鹽水負荷情況，需第一脫鹽水站提供脫鹽水正常量為：350.295t/h，最大量為：542.295t/h（包括PTA裝置峰值用量），考慮適當?shù)挠嗔亢竺擕}水系統(tǒng)設計規(guī)模按500t/h，同時該項目設置兩臺容積為1500m3的脫鹽水箱用于當PTA裝置出現(xiàn)沖洗等間斷最大負荷時調(diào)峰用。

1.1 系統(tǒng)進水水質

系統(tǒng)進水為某凈水廠出水，其水質指標見表1。

1.2 工藝流程

根據(jù)產(chǎn)品水水質要求及脫鹽水站進水水質分析，本脫鹽水站采用的工藝流程如下：

自管網(wǎng)來的0.5MPa的新鮮（生產(chǎn)）水==>原水箱==>超濾供水泵==>生水加熱器（冬季用）==>自清洗過濾器==>超濾裝置==>超濾水箱==>反滲透供水泵==>保安過濾器==>反滲透高壓水泵==>反滲透裝置==>脫碳塔==>中間水箱==>中間水泵==>混合離子交換器==>脫鹽水罐==>脫鹽水泵==>用戶

2 工藝特點

2.1 預處理系統(tǒng)

預處理系統(tǒng)主要由原水箱，超濾供水泵、自清洗過濾器、超濾系統(tǒng)組成。

自清洗過器設置4套，其過濾精度≤100μm，單臺產(chǎn)水量180 t/h，采用質量可靠的疊片式過濾器。

超濾裝置包括超濾設備本體、超濾反洗系統(tǒng)、超濾化學增強反洗、超濾的化學清洗系統(tǒng)等。超濾裝置設置為4套，采用立式結構，每套凈產(chǎn)水量（不含自用水）163t/h。超濾系統(tǒng)出水管上設有取樣接口。取樣點的數(shù)量和位置能有效的診斷并確定系統(tǒng)的運行情況。每套超濾系統(tǒng)出水管上設有供SDI取樣的接口和取樣閥門。超濾系統(tǒng)出水母管上設有自動總排水閥。反洗系統(tǒng)采用恒流量調(diào)節(jié)，設置超壓保護。

通過預處理，能有效去除細小顆粒、懸浮物、微型顆粒及部分有機物。

2.2 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)包括阻垢劑加藥系統(tǒng)、還原劑加藥系統(tǒng)、保安過濾器、反滲透高壓水泵、反滲透裝置、RO清洗裝置、沖洗水泵等設備及相關的管道和儀表。

反滲透系統(tǒng)設置4套，每套凈產(chǎn)水量為130t/h。反滲透清洗裝置包括一臺清洗箱、一臺5μm過濾器和一臺清洗泵。當RO系統(tǒng)發(fā)生結垢或污堵時可對RO裝置進行化學清洗。為防止反滲透膜元件濃水側結垢，在反滲透進水母管加阻垢劑，確保反滲透裝置正常、穩(wěn)定、長周期運行。反滲透膜采用原裝進口的反滲透膜組件，確保反滲透裝置安全、穩(wěn)定的運行。膜設計通量按≤23 L/m2.h。規(guī)格：8x40〞。壓力容器（膜殼）材質：FRP。

反滲透系統(tǒng)運行為全自動控制，并為此配套完整的輔助設施。反滲透系統(tǒng)達到指標：系統(tǒng)脫鹽率≥97%（三年內(nèi)），系統(tǒng)回收率為 ≥80%，對反滲透裝置各段給水及濃水、產(chǎn)品水管上設有足夠的接口及閥門，與清洗時與清洗液進出管相連。反滲透濃水排水裝流量控制閥（穩(wěn)流閥），以控制水的回收率。反滲透裝置設有程序啟停裝置，停用后能自動沖洗，進水總管上設置自動沖洗水閥門。反滲透裝置產(chǎn)品水管和濃水管設取樣點，取樣點的數(shù)量及位置能有效地診斷并確定系統(tǒng)的運行狀況。每套RO產(chǎn)水及濃水管路設流量監(jiān)測、每套產(chǎn)水設電導率檢測、每套產(chǎn)水母管設置流量監(jiān)測及每套反滲透裝置都能夠就地操作及顯示，配有就地控制盤并留有遠傳信號接口。

2.3 混合離子交換器

精處理系統(tǒng)設置直徑為2500mm混合離子交換器4臺，3開1備。設備材質為鋼襯膠，對離子交換本體上參與自動控制的閥門均為帶襯里的進口閥門，閥門質量應安全可靠。氣動閥應配帶位置反饋裝置及手操裝置?；旌想x子交換器所用樹脂采用質量可靠的混床專用樹脂

混床運行失效監(jiān)督有以下三項，其中任一項不滿足要求，切換進入自動再生程序。再生即可以手動、又可以全自動，也可以步操作。（1）混合離子交換器出水電導率超過0.2μs/cm（2）混合離子交換器出水SiO2超過20μg/L（3）周期累計制水量超過設定值。

反滲透產(chǎn)水經(jīng)過脫碳塔后的水在混合離子交換器中進一步處理后達到指標如下：電導率≤0.2？s/cm @25℃ （該指標為混床監(jiān)督指標），總硬度～0 mg/L，SiO2≤0.02 mg/L。

2.4 控制水平

脫鹽水站的控制為DCS控制+上位機顯示，整個脫鹽水站的操作基本上實現(xiàn)了自動控制。

2.4.1 溫度控制

生水加熱器加熱系統(tǒng)采用溫度調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)加熱蒸汽量保證出水溫度維持在15℃范圍內(nèi)。

2.4.2 再生程序

混合離子交換器的再生是根據(jù)設備入口流量或在線電導率表和硅表執(zhí)行自動再生程序（再生可以自動、手動步操作），同時在線的電導率表和硅表均設有超限報警功能。

2.4.3 反滲透系統(tǒng)的啟停、運行程序

反滲透系統(tǒng)的啟動、運行、沖洗、停機備用等過程均可實現(xiàn)自動控制。同時，RO系統(tǒng)還設置一塊就地儀表盤和一塊就地操作盤，在就地盤上可讀出RO的有關工藝參數(shù)，以及能在就地操作盤上啟停RO進水高壓泵、及相關的自動閥門。對RO系統(tǒng)的重要參數(shù)如電導率、流量等均設有在線檢測儀表，并設定有超限報警功能。

2.4.4 加藥量的調(diào)節(jié)

各種加藥量是根據(jù)管道中水的流量按比例自動加藥。

2.4.5 各種水箱設有高低液位測試及超限報警功能。

2.4.6 中和系統(tǒng)排放

根據(jù)中和池液位高低自動啟停中和水泵，同時根據(jù)中和池pH值決定是否進行排放，如果pH值不在6～9范圍內(nèi)，中和水泵在打循環(huán)同時自動打開酸或堿閥門調(diào)節(jié)pH值至達標排放要求后執(zhí)行自動排放程序。

自動控制有關詳細內(nèi)容見儀表控制專業(yè)設計文件及供應商提供的有關資料。

各種水箱設有高低液位測試及超限報警功能。

3 主要設備及管道材料

3.1 主要設備

脫鹽水站水處理系統(tǒng)主要設備見表2。

在設備布置上按主要設備及酸堿系統(tǒng)室內(nèi)布置，大型水箱布置在室外考慮。設備布置上盡量順工藝流程進行布置，帶腐蝕性質的設備集中布置，地溝在布置上進行清污分流，清凈的廢水匯合后直接排入地下排水系統(tǒng)，有污染及腐蝕的廢水匯合后流進中和池，進行中和后排放。

總占地：80.0m2×52.0m2，其中，酸堿儲罐間：15m2×12m2，單層，凈高8.0m；主廠房及泵房：66m2×21 m2，單層，主廠房凈高8.0m，泵房凈高5.0m以及其他輔助設施。

3.2 管道材料

管道材料選擇，見表3。

4 運行效果

4.1 消耗指標

脫鹽水站水處理系統(tǒng)各項消耗指標，見表4。

4.2 脫鹽水站外供產(chǎn)品水水質

根據(jù)用戶要求產(chǎn)品水達到的水質指標，見表5。

4.3 廢水排放及中和

自清洗過濾器排水及超濾反洗水排放：折算平均連續(xù)量：正常：24 t/h最大：34 t/h，進入中和池；

反滲透濃水排放：連續(xù)排放正常：91.3 t/h最大：132 t/h，含鹽廢水（含鹽量：1000～1850mg/l），排至地溝進入清凈下水系統(tǒng)。

混床再生后的酸堿廢水，折合20t/h，排至中和池。

中和池內(nèi)的酸堿廢水經(jīng)中和至pH值6～9，經(jīng)中和水泵排至污水系統(tǒng)。該排水大約每隔4～5天排放1次，每次約2～3h，泵排：100 t/h。

5 結語

該系統(tǒng)在運行中，能夠滿足設計要求，得到業(yè)主的一致認可。

參考文獻

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