離子交換與反滲透法生產純水工藝比較

周 鏑

（吉恩鎳業，吉林 磐石 132311）

由于水處理設備的工藝是根據不同的入水水質和出水要求而設計的，因此針對不同的原水水質特點而設計水處理方案才是最經濟有效的方案，同時也是出水水質長期穩定達到要求的保證。

離子交換法除鹽是傳統的除鹽工藝[1]，一直被認為是唯一穩定可靠的高純水生產技術，該技術利用陰、陽離子交換樹脂吸附水中的陰、陽離子，釋放出氫離子（H+）和氫氧根（OH-），二者進行中和達到除鹽的目的，失效后分別用鹽酸和液堿再生，因此完成除鹽過程需要消耗鹽酸和液堿。

反滲透除鹽是新興技術，一種膜分離工藝，在滲透現象的基礎上，在含鹽水一側施壓將水中離子分離的技術，反滲透膜可以阻止分子量較大的有機物分子和溶解的無機鹽分子通過，其分離過程消耗的是動力（電能）。下面從工藝流程、工藝特點和運行成本等對兩種除鹽方法做比較。

1 工藝流程

1.1 40 t/h離子交換法除鹽工藝流程

多介質過濾器（Φ2 400 mm×2臺）→陽離子交換器→除CO2塔→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵→去工藝用水點。

1.2 反滲透工藝流程

預處理→一級反滲透→二級反滲透→純水箱→純水泵→紫外線殺菌→用水點。

2 工藝特點

2.1 進水要求對比

離子交換設備的進水要求較低，一般要求濁度FTU ＜5，水溫＜4 0 ℃，游離氯＜0.1 m g/L，鐵＜0.3 m g/L，COD ＜3 mg/L；

反滲透則要求較高，要求污染指數SDI＜3，水溫5～35 ℃，游離氯＜0.1 mg/L，鐵＜0.05 mg/L，COD ＜1.5 mg/L。

2.2 工藝設備

如上所述，離子交換法對進水要求較低，反滲透對進水要求比離子交換要求高，其系統對水中膠體、懸浮物等雜質非常敏感，根據本地區原水情況，在我廠使用本系統，需要在預處理系統前增設沉降或者板礦過濾系統，反滲透濃水比例大，所以同樣產水量，進水量比離子交換多（25%廢水）所以過濾器的直徑比離子交換的要大一些。

2.3 產水水質對比

離子交換除鹽率能達到99.99%，我廠除鹽水出水指標為電導≤0.2 μS/cm，SiO2≤20 μg/L，硬度 ≈0，Na+≤20 μg/ L，pH值為6.5～8。

反滲透除鹽率≥97%（由于反滲透裝置除鹽率達不到鍋爐要求[2]，其后也要設置混合離子交換器，進一步除鹽處理，再生也需要酸堿）。

表1 原水水質統計數據

2.4 負荷的適應性

我廠離子交換工藝采用固定床模式，交換器設計運行產除鹽水為40 t/h特殊情況下60 t/h仍可保證除鹽水合格，即離子交換法具有設計值1.5倍以上的負荷能力。

反滲透的負荷通過提高進水壓力實現，但超過設計值時往往不能保證水質合格。即反滲透法基本沒有超設計負荷運行的能力。

2.5 操作和維護

離子交換樹脂需再生，造成操作比較頻繁，這也是離子交換法除鹽的一個顯著缺點，閥門數量多，實現自動化運行比較困難。離子交換樹脂最重要的發展是能生產均粒樹脂。均一尺寸的樹脂顆粒確保緊密的六邊形堆積，這使較小的樹脂顆粒也能確保緊密的六邊形堆積，這使較小的樹脂顆粒也能保持相對較低的壓降。羧酸型弱酸陽樹脂再生效率高，再生時酸的利用率達到了95%。樣報的均粒樹脂已經做成分層床，從而降低了設備投資成本，提高了再生劑的使用效率，并且使設備的操作更加容易。

反滲透操作簡單，實現自動化運行程序較高。反滲透工藝在實際應用中會產生膜的結垢和污堵問題，會增加化學藥品的使用量，減少膜的運行壽命，增加設備的操作和維護成本。

在維護上離子交換器具有較明顯的優勢，故障率低，維護簡單，反滲透法一旦出現故障，如膜損壞等，通常需要專業人員進行。

3 運行成本

離子交換法除鹽需要用酸、堿進行再生，由此產生的廢酸、堿量較大，這是離子交換發除鹽水系統最大的詬病。

表2 亞融科技電池廠經加藥板框過濾采樣數據

2020年我廠40 t/h離子交換系統生產除鹽水227 124 t。

a：全年除鹽水約耗酸523 t，總酸耗成本23.5萬元（450 元/t×523 t）；

b：全年除鹽水約耗液堿572 t，總堿耗成本40萬元（700 元/t×572 t）

d：年樹脂補充費用約4.8萬元；

小計為68.3元。

反滲透水處理系統除鹽率達不到我廠鍋爐用水要求，其后安裝EDI系統成本過高，如后設置混合離子交換器也需要酸堿再生，同時正常維護系統運行要使用阻垢劑和殺菌滅藻劑。按我廠用水量需要增60 t反滲透系統需膜72 支，每支4 000 元計需28.8 元，清洗費用每內清洗一次3 000 元左右，脫離清洗500元/支×72支，計3.6 萬元。小計為32.4 萬元。

針對原水水質惡化時絮狀物增加，濁度增大，懸浮物增多，建議增建絮凝劑加藥系統及板框過濾系統（亞融科技電池廠有成功案例）。

從表1、表2可以看出，電池廠原水加絮凝劑板框過濾后，懸浮物SS由104 mg/l下降至6 mg/l，去除率為94.2%，效果明顯。而原水不加藥經 板框、多介質或活性炭過濾后，懸浮物去除少，去除率分別為：板框16%，多介質22%，活性炭3%。

4 結論

針對原水惡化時，冶煉廠化學水處理站再生周期縮短，生產能力下降，不能滿足余熱鍋爐用除鹽水量，造成澳爐降低加料量，影響高冰鎳產量的實際困難，對離子交換與反滲透生產純水工藝進行了比較，得出以下結論：一是增加原水預處理系統。針對原水水質惡化時絮狀物增加，濁度增大，懸浮物增多，可增建絮凝劑加藥系統及板框過濾（或纖維束過濾）系統。二是增建除鹽水處理系統。針對化學水處理站生產能力較設計時缺少精礦干燥13.04 t/h生產回水量和保溫爐余熱鍋爐用水量1 t/h，且因冬季生產鍋爐排污量較設計值增大2 t/h，可增建40 t/h化學水處理站，以保證因精礦成分變化所需要提高的澳爐加料量。