雙膜法預脫鹽水處理系統(tǒng)設計

劉艷麗

（北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

1 項目概況

某化學品公司生產工藝需使用脫鹽水，現有的脫鹽水處理工藝如下：

陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→脫鹽水。

現擬采用園區(qū)工業(yè)水處理廠處理后的出水，在現有離子交換前增加預脫鹽工藝為基礎，本方案建議采用“超濾+反滲透”雙膜法預脫鹽工藝，工藝流程如下：

帶壓工業(yè)自來水→自清洗過濾器→超濾裝置→超濾產水池→增壓泵→保安過濾器→高壓泵→反滲透裝置→除鹽水池→外供水泵→用水點或后續(xù)處理工藝。

設計反滲透出力350m3/h，其中250m3/h可以直接去作為工業(yè)冷卻水，100m3/h去現有離子交換系統(tǒng)進一步處理，以滿足工藝用水以及鍋爐補給水的使用要求。

圖1 雙膜法預脫鹽工藝流程

2 方案設計基礎

2.1 水質、水量

原水電導率＜1100μs/cm，總硬度＜250mg/L，總堿度＜110 mg/L，游離余氯＜0.5mg/L，進水濁度＜1NTU；

系統(tǒng)最終規(guī)模為：350m3/h。

2.2 設計產水水質

產水電導率：≤20μS/cm。

2.3 回收率

以15℃作為設計溫度時，系統(tǒng)總回收率≈75%，RO回收率≈80%。

溫度對反滲透的回收率影響較大，通過軟件模擬計算，相同運行壓力下5℃時RO產水回收率可降低至55%（即RO產水量降低至240m3/h左右），對水量影響較大，因此，冬季需要對原水進行換熱，或者通過增加現有離子交換系統(tǒng)處理量來滿足廠區(qū)整體用水量需求。

3 雙膜法工藝介紹

3.1 自清洗過濾器

自清洗過濾器主要作為超濾的保安過濾器，去除泥沙、金屬絲、毛發(fā)等固體污染物，是為了保護膜過濾系統(tǒng)，延長膜過濾的過濾周期、減少膜反沖洗次數以及膜化學清洗的次數、延長膜的使用壽命。濾網式自清洗過濾器是依靠多棱過濾技術將原水中大顆粒懸浮物、砂礫等能夠對超濾膜表面造成機械劃傷的雜質去除。

本系統(tǒng)選用不銹鋼濾網全自動過濾器1臺，過濾精度150μm。經過自清洗過濾器處理的水，最大限度地保證超濾系統(tǒng)的安全性。

3.2 超濾裝置

超濾是同時進行濃縮和分離大分子或膠體物質的技術。以壓力差為驅動力，液體在超濾膜表面流過時，大分子或膠體物質被截留，小分子和純水透過膜的過程。

超濾是去除0.01～0.1μm污染物質最有效的方法之一，使用超濾不但能去除所有的懸浮物，而且還能去除部分有機物，保持超濾產水持續(xù)穩(wěn)定在SDI＜3，保證反滲透的長期穩(wěn)定運行。

本方案推薦采用材質為PVDF的中空纖維超濾膜，外壓式設計，對膠體、懸浮顆粒、色度、濁度、細菌、大分子有機物具有良好的分離能力。針對原水特點，超濾膜采用全流過濾、頻繁反洗的全自動連續(xù)運行方式，其運行情況為：水、氣反洗方式，水反洗周期20～60min一次，每次反洗40s，氣洗周期12h一次，每次30s，反洗更徹底，膜性能恢復好，反洗用水量大大降低（本項目為產水量的5%），化學清洗周期長?；瘜W清洗頻率1～6個月（視污染情況而定），和反滲透共用一套化學清洗系統(tǒng)。系統(tǒng)采用PLC或DCS控制。

本方案設計超濾裝置4套，單套處理能力110m3/h/（15℃）。

3.3 反滲透裝置

反滲透亦稱逆滲透，是用一定的壓力使溶液中的溶劑通過反滲透膜或稱半透膜分離出來[1]。因為它和自然滲透的方向相反，故稱反滲透。根據各種物料的不同滲透壓，就可以使大于滲透壓的反滲透法達到分離、提取、純化和濃縮的目的。

考慮到本項目的水質特點、設備的節(jié)能、運行壓力、膜的透過率、膜的脫鹽率、出水的含鹽量等因素，本項目采用美國陶氏公司的高抗污染反滲透BW30FR-400/34i，該膜較大多數28mil的商用膜元件寬流道，具有更寬的濃水網格，高達34mil，由于其流道更寬，抗污染性更強。

本除鹽水處理系統(tǒng)設計反滲透裝置共4套，單套處理能力88m3/h，脫鹽率≥98%，系統(tǒng)回收率約75%。

3.4 加藥系統(tǒng)

超濾和反滲透裝置共用一套加藥裝置：

①氧化殺菌劑加藥

原水進系統(tǒng)前投加氧化殺菌劑，避免膜生物污染。

②阻垢劑加藥裝置

阻垢劑加藥裝置在反滲透進水中加入阻垢劑，防止反滲透濃水中碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣等難溶鹽濃縮后析出結垢，堵塞反滲透膜，從而損壞膜元件的應用特性，因此，在進入膜元件之前設置了阻垢劑投加裝置[2]。阻垢劑可以控制碳酸鹽垢、硫酸鹽垢及氟化鈣垢，它的主要作用是相對增加水中結垢物質的溶解性，以防止碳酸鈣、硫酸鈣等物質對膜的阻礙，同時它也可以降低鐵離子堵塞膜的微孔。

4 投資估算及運行成本分析

投資估算約1280萬元（不含水箱及土建），運行成本主要包括電費、藥劑、耗材、人工等直接運行成本，運行費用約1.50元/m3。

5 該項目實施的意義

通過引入“超濾+反滲透”工藝，可以為工業(yè)冷卻水提供穩(wěn)定的供水，且為后續(xù)的離子交換系統(tǒng)提供高質量的原水。雙膜法的引入，相當于增加了現有離子交換工藝的預脫鹽處理，同時針對不同水質要求，增加了新的脫鹽設備，對現有離子交換系統(tǒng)提高產水水質、延長清洗周期、延長使用壽命具有重大的意義。且雙膜法的引入，使水處理工藝更加完善、靈活，可以滿足不同水質、水量條件等復雜條件下的用水需求。