HVM膜過濾系統與陶瓷膜系統的特點及應用

王士旭

(唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305)

【鹽 水】

HVM膜過濾系統與陶瓷膜系統的特點及應用

王士旭

(唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305)

鹽水精制；一次鹽水；HVM膜過濾器；陶瓷膜過濾器

比較了HVM膜過濾系統與陶瓷膜過濾系統的特點及其在氯堿行業中的應用情況。

唐山三友氯堿有限責任公司(以下簡稱“唐山三友”)成立于2004年。自公司成立以來，燒堿產能不斷提升，截至2016年，燒堿產能已達51萬t/a，全部采用離子膜電解裝置，其中燒堿系統分別為一線10萬t/a、二線17萬t/a、三線24萬t/a。隨著燒堿系統的擴建，一次鹽水系統經歷了3次大規模配套的裝置擴建、2次小規模裝置升級，現鹽水產能達到凱膜+預處理系統匹配的40萬t/a燒堿產能和陶瓷膜系統匹配的24萬t/a燒堿產能。

1 HVM膜過濾系統與陶瓷膜工藝簡介

1.1 HVM膜過濾系統[1]

在出化鹽桶后的化鹽水中加入燒堿，在粗鹽水槽內混合均勻，由加壓泵將粗鹽水送入加壓溶氣罐，在氣水混合器中與空氣混合，在壓力的作用下將空氣溶解在粗鹽水中。粗鹽水在通過文丘里混合器時與加入的絮凝劑氯化鐵混合，在進入預處理器后，壓力突然下降，粗鹽水中的細微氣泡附著在懸浮物的表面，使懸浮物的表觀密度低于鹽水而上浮，形成的浮泥通過上排泥口排出；部分較大顆粒下沉，通過下排泥口排出；清液自清液出口流出。預處理后的粗鹽水除去了大部分(90%以上)的鎂離子和有機物，但含有大量的鈣離子。在后反應槽中加入適量的Na2CO3，充分混合反應30 min以上，除去鹽水中大部分的鈣離子，再進入緩沖槽。鹽水靠重力流入HVM膜過濾器，過濾后的合格鹽水流入緩沖槽，加入亞硫酸鈉去除鹽水中的游離氯，再加入高純鹽酸和純水調節其pH值為9～11，最后流入一次鹽水儲罐，通過一次鹽水泵送至電解工序。

1.2 陶瓷膜系統簡介[2-3]

來自粗鹽水儲槽的鹽水已按工藝要求加入了氫氧化鈉，再按工藝要求加入精制劑碳酸鈉后，由加壓泵送入反應桶；在反應桶中發生精制反應，碳酸鈉與粗鹽水中的鈣離子完全反應生成碳酸鈣結晶沉淀，氫氧化鈉與粗鹽水中的鎂離子反應生成氫氧化鎂膠體沉淀；完成精制反應的粗鹽水自流入中間槽，加入次氯酸鈉后，由無機膜過濾供料泵送出，經粗鹽水過濾器濾除粒徑大于1.0 mm的機械雜物后，送往無機膜過濾單元。無機膜過濾單元采用三級串聯“錯流”過濾方式，用膜過濾進料泵將粗鹽水料液送入粗過濾器，經循環罐，再經膜過濾循環泵送入無機膜過濾器的一級過濾組件進行過濾，自一級組件出來的濃縮液進入二級過濾組件進行過濾，自二級過濾組件出來的濃縮液進入三級過濾組件進行過濾。自無機膜過濾器三級過濾組件濃縮液出口流出的濃縮鹽水按比例以一定的濃度排出一小部分進入鹽泥池，其余的返回循環罐，與供料泵送來的粗鹽水混合，用于調整進料液的固液比，實現控制濃縮液含固量和保證膜面流速的目的，再由過濾循環泵返回無機膜過濾器內循環過濾。各級過濾組件過濾出的精制過濾鹽水通過無機膜過濾器各級滲透清液出口排出，在靜態混合器加入亞硫酸鈉消除游離氯后，加鹽酸調整pH值；合格的精鹽水進入原系統的精鹽水槽。

2 HVM膜過濾系統與陶瓷膜系統對比

2.1 現場布局

HVM膜過濾系統占用空間及面積較大，匹配40萬t/a燒堿裝置的凱膜+預處理系統占地面積約14 000 m2，加壓溶氣罐及精制劑高位槽高度為24.5 m。陶瓷膜系統占用空間及面積較小，唐山三友匹配24萬t/a燒堿裝置的陶瓷膜系統占地面積約1 000 m2，陶瓷膜主體設備安裝高度為5.5 m。在粗鹽水槽前兩個系統工藝相同。如果陶瓷膜系統擴建，可在HVM膜過濾系統的基礎上進行。

2.2 除雜方式及原鹽指標要求

HVM膜過濾系統利用預處理器先除鎂，再用凱膜除鈣。即先除鎂后除鈣，最佳鈣鎂含量比例的要求為2∶1。HVM膜過濾系統排泥方式為間歇性排泥，即通過上排泥及下排泥將粗鹽水中的鎂、有機物及泥沙排出系統，凱膜通過反沖及排渣將鈣排出系統。陶瓷膜系統同時去除鈣鎂，對原鹽中的鈣鎂指標沒有要求。陶瓷膜系統排泥方式為持續性排泥，為保證陶瓷膜系統出液正常，陶瓷膜含固質量分數須保持在10%～20%，因此，須持續性地外排濃縮液，保證陶瓷膜運行穩定。

2.3 鹽水產量穩定性

HVM膜過濾系統中的后反應槽雖然是反應槽，但形成的碳酸鈣顆粒較大，導致部分碳酸鈣沉降，造成反應槽出液管道堵塞。管道清理周期約1年1次，可利用大修時間進行停車清理。陶瓷膜系統的無機膜過濾器在長時間運行后，因膜表面的污染可能會導致通量變化，進而使其過濾能力下降，須對膜表面進行再生，使膜通量得到恢復，使膜過濾能力達到起始狀態。再生的方式為化學清洗。化學清洗采用質量分數為10%～15%的鹽酸對膜進行化學清洗，使膜面徹底清潔，完全恢復過濾通量，清洗周期為15天1次，每次酸洗時間為5 h。

2.4 系統排水量

(1)HVM膜過濾系統。預處理器每班每臺每次上排泥10 m3，上排泥量為120 m3/d；每班每臺每次下排泥20 m3，下排泥量為120 m3/d。預處理器排泥總量(V1)為：

V1=120+120=240(m3/d)。

凱膜排渣廢水量(V2)為：

V2=1.2×(24÷1.5)×10=192(m3/d)。

HVM膜過濾系統排泥總量(V3)為：

V3=V1+V2=240+192=432(m3/d)。

(2)陶瓷膜排泥廢水(V4)。陶瓷膜滿負荷情況下3N-402AB排泥量為25 m3/h，3N-402C排泥量為25 m3/h，則：

V4=(25+25)×24=1 200(m3/d)。

須注意：陶瓷膜排泥量受鹽質變化影響較大。

3 HVM膜過濾系統與陶瓷膜系統優勢總結

3.1 HVM膜過濾系統優勢[2]

HVM膜過濾系統優勢有如下5方面：①工藝流程簡單，操作簡便，與傳統工藝相比，大大降低了操作人員的勞動強度；②過濾精度穩定、鹽水質量穩定；③處理能力大；④檢修或更換膜組不影響系統流量；⑤系統排污量低。

3.2 陶瓷膜系統優勢[3]

陶瓷膜過濾系統優勢有如下5方面：①優質鹽水中的ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)<1 mg/L，ρ(SS)<0.5 mg/L；②無需絮凝劑，節約成本，減少雜質的帶入量；③占地面積小(新項目可減少30%以上的一次鹽水投資費用)；④對原鹽中鈣鎂含量要求較低，能處理鎂含量嚴重高于鈣含量的原鹽；⑤反應流程短，無需浮上桶，同時加入兩堿，直接過濾。

4 結語

HVM膜過濾系統與陶瓷膜系統各有優缺點，氯堿企業可根據自身情況選擇適宜的一次鹽水精制工藝。

[1] 張家杰.膜分離技術在鹽水精制中的應用[J].精細與專用化學品，2006(6)：8-9.

[2] 王強，孫占瑞，韓飛.陶瓷膜鹽水精制技術的應用[J].中國氯堿，2010(6)：5-6.

[3] 李繼周，李樂舜，馬英峰，等.陶瓷膜鹽水精制裝置運行總結[J].中國氯堿，2009(10)：10-12.

[編輯：費紅麗]

Characteristics and applications of HVM membrane filtration system and ceramic membrane filtration system

WANGShixu
(Tangshan Sanyou Chlor-Alkali Co., Ltd., Tangshan 063305, China)

brine refining; primary brine; HVM membrane filter; ceramic membrane filter

The characteristics of HVM membrane filtration system were compared with those of ceramic membrane filtration system. The applications of the two systems in chlor-alkali industry were summarized.

王士旭(1987—)，男，助理工程師，2011年畢業于河北科技大學，現就職于唐山三友氯堿責任有限公司。

2016-12-27

TQ114.261

B

1008-133X(2017)04-0006-02