一種撬裝納濾膜預(yù)處理裝置的研制

摘要：設(shè)計(jì)了一種撬裝納濾膜預(yù)處理裝置，主要包括順序連接的淡鹽水儲(chǔ)槽、淡鹽水泵、一級(jí)鈦板換熱器、二級(jí)鈦板換熱器、活性炭過濾器和保安過濾器等部件。其中，設(shè)置于一級(jí)鈦板換熱器前端的第一管道混合器和亞硫酸鈉罐通過亞硫酸鈉計(jì)量泵連接，且第一管道混合器同時(shí)與淡鹽水泵和一級(jí)鈦板換熱器連通;設(shè)置于活性炭過濾器前端的第二管道混合器和高純鹽酸罐通過鹽酸泵連接，且第二管道混合器同時(shí)與二級(jí)鈦板換熱器和活性炭過濾器連通。該裝置采用整體撬裝式結(jié)構(gòu)，將前處理部分的所有設(shè)備安裝固定在集裝箱框架內(nèi)，框架內(nèi)部的管道、儀表、閥門等均在出廠前安裝完成，解決了系統(tǒng)占地面積大、施工周期長(zhǎng)等問題。

關(guān)鍵詞：納濾膜法脫硝工藝;撬裝式結(jié)構(gòu);納濾膜預(yù)處理裝置;工藝流程

中圖分類號(hào)：TQ114? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）01-0047-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.01.013

0? ? 引言

氯堿廠生產(chǎn)過程中，精制鹽水的質(zhì)量決定著離子膜的使用壽命及電耗。在精制鹽水中要求硫酸根質(zhì)量濃度<7 g/L，鹽水中的硫酸根長(zhǎng)期超標(biāo)會(huì)對(duì)離子膜造成物理性損傷，導(dǎo)致電流效率下降，進(jìn)而導(dǎo)致膜電阻升高，電耗升高。納濾膜法脫硝工藝是氯堿工業(yè)協(xié)會(huì)大力推行的新型節(jié)能環(huán)保工藝，其通過納濾膜過濾將硫酸根離子脫除。采用該工藝可切實(shí)節(jié)約鹽水精制成本，并可避免使用鋇鹽可能造成的二次污染。

用于鹽水預(yù)處理的納濾膜元件具有硫酸鹽截留率高和通量高的特征，但納濾膜屬于有機(jī)膜，游離氯對(duì)膜的使用壽命有很大影響——游離氯的存在，會(huì)破壞納濾膜的結(jié)構(gòu)，造成納濾膜損壞和膜性能下降，縮短膜的使用壽命。

為了有效保證納濾膜系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)進(jìn)膜鹽水進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理必不可少。預(yù)處理裝置的功能就是去除給水中會(huì)對(duì)納濾膜產(chǎn)生污染或?qū)е铝踊奈镔|(zhì)，以獲得符合納濾膜工藝技術(shù)要求的完全脫氯的淡鹽水，從而實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性、高通量，并延長(zhǎng)膜元件的使用壽命。

現(xiàn)有的納濾膜預(yù)處理裝置系統(tǒng)占地面積大、施工周期長(zhǎng)，且沒有進(jìn)行有效的余氯、pH值、溫度和壓力控制。

1? ? 技術(shù)方案

本文研制了一種結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)約空間、方便安裝，且可對(duì)淡鹽水進(jìn)行有效處理的撬裝納濾膜預(yù)處理裝置，以便下一步開展納濾操作。

如圖1所示，該撬裝納濾膜預(yù)處理裝置為整體撬裝式結(jié)構(gòu)，主要包括順序連接的淡鹽水儲(chǔ)槽、淡鹽水泵、一級(jí)鈦板換熱器、二級(jí)鈦板換熱器、活性炭過濾器和保安過濾器等。其中，設(shè)置于一級(jí)鈦板換熱器前端的第一管道混合器和亞硫酸鈉罐通過亞硫酸鈉計(jì)量泵連接，且第一管道混合器同時(shí)與淡鹽水泵和一級(jí)鈦板換熱器連通;設(shè)置于活性炭過濾器前端的第二管道混合器和高純鹽酸罐通過鹽酸泵連接，且第二管道混合器同時(shí)與二級(jí)鈦板換熱器和活性炭過濾器連通。

該撬裝納濾膜預(yù)處理裝置的出口處設(shè)置了電磁開關(guān)閥、pH分析儀和ORP分析儀，電磁開關(guān)閥、pH分析儀和ORP分析儀之間建立了聯(lián)鎖。當(dāng)所處理鹽水不能滿足pH值或ORP值要求時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷和淡鹽水緩沖槽之間的連接，將所處理鹽水轉(zhuǎn)排至界外，從而對(duì)膜過濾單元的膜元件切實(shí)形成保護(hù)作用。另外，裝置中的亞硫酸鈉計(jì)量泵為變頻控制，該計(jì)量泵和ORP分析儀聯(lián)鎖，可根據(jù)ORP值自動(dòng)調(diào)整亞硫酸鈉的加入量，保證亞硫酸鈉溶液的適量加入。一級(jí)鈦板換熱器內(nèi)通入納濾膜過濾裝置生產(chǎn)的低硝水，利用溫差對(duì)預(yù)處理裝置的淡鹽水起到冷卻作用，從而達(dá)到節(jié)能的目的。二級(jí)鈦板換熱器中的冷卻水流量和淡鹽水的溫度聯(lián)鎖，其可以根據(jù)溫度值自動(dòng)調(diào)整流量的大小，以達(dá)到節(jié)能的目的。

本裝置主要部件的功能如下：

（1）淡鹽水泵2：淡鹽水泵一般為鈦制材質(zhì)，用于預(yù)處理裝置的進(jìn)料，為淡鹽水儲(chǔ)槽中的鹽水提供動(dòng)力。

（2）一級(jí)鈦板換熱器4：用于淡鹽水儲(chǔ)槽1中的進(jìn)料鹽水和納濾膜過濾裝置回收的低硝水之間的熱交換，其不僅降低了進(jìn)料鹽水的溫度，還可將低硝水作為冷卻源加以重復(fù)利用，從而減少循環(huán)冷卻水的消耗，有效節(jié)約能源。

（3）二級(jí)鈦板換熱器5：用于一級(jí)鈦板換熱器換熱后的淡鹽水和循環(huán)冷卻水之間的熱交換，通過調(diào)節(jié)循環(huán)冷卻水的流量，將鹽水溫度降到滿足納濾膜原件工藝要求的范圍。

（4）活性炭過濾器7：前處理裝置中的活性炭過濾器作為一個(gè)保護(hù)裝置，可吸收系統(tǒng)中殘留的少量游離氯，保證進(jìn)入納濾膜過濾裝置15的進(jìn)膜水中游離氯含量為0。活性炭吸附了游離氯后會(huì)變成粉末狀，粉末狀的活性炭則無法再次有效地吸附游離氯，因此，活性炭為耗材，需定期更換。

（5）保安過濾器8：通過預(yù)處理的鹽水在進(jìn)入納濾膜過濾裝置之前，設(shè)置5 μm的保安過濾器，去除鹽水、管路和儲(chǔ)罐中的機(jī)械雜質(zhì)和污染物。

該撬裝納濾膜預(yù)處理裝置預(yù)處理模塊裝配圖如圖2所示，本設(shè)計(jì)集設(shè)備、管道、閥門、儀表和控制系統(tǒng)于一體，撬裝化程度高，且可滿足現(xiàn)代化精制鹽水車間個(gè)性化定制的需求。

2? ? 具體實(shí)施方式

納濾膜元件的參數(shù)和主要工藝技術(shù)要求如表1所示。

為獲取合格的進(jìn)膜鹽水，本裝置對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了控制，詳情如下：

（1）余氯控制：通過添加亞硫酸鈉（Na2SO3）去除脫氯淡鹽水中的余氯，反應(yīng)式如下：

（2）pH值控制：通過添加高純鹽酸將脫氯淡鹽水的pH值調(diào)節(jié)到進(jìn)膜鹽水要求。

（3）溫度控制：通過鈦板換熱器將脫氯淡鹽水溫度降至（40±5）℃。

（4）壓力控制：通過變頻高壓泵14來調(diào)節(jié)進(jìn)膜鹽水的壓力，該高壓泵屬于過濾單元，不屬于前處理裝置。

納濾膜預(yù)處理裝置采用了自動(dòng)控制系統(tǒng)，確保提供給納濾膜過濾裝置的鹽水充分滿足納濾膜元件的工藝技術(shù)要求，其主要控制點(diǎn)如下：

（1）淡鹽水pH值檢測(cè)及控制：根據(jù)檢測(cè)加酸后淡鹽水的pH值自動(dòng)調(diào)節(jié)投加鹽酸自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度來控制加酸量。

（2）淡鹽水ORP值檢測(cè)及控制：淡鹽水的ORP值是游離氯含量的直接反映，系統(tǒng)可根據(jù)檢測(cè)加亞硫酸鈉后淡鹽水的ORP值自動(dòng)調(diào)節(jié)投加亞硫酸鈉自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度來控制ORP值。

（3）淡鹽水pH值及ORP值檢測(cè)及其對(duì)膜的保護(hù)：根據(jù)檢測(cè)加酸后淡鹽水的pH值來控制活性炭吸附塔的出水是否進(jìn)入納濾膜過濾裝置的淡鹽水緩沖槽，以確保不合格的淡鹽水不會(huì)對(duì)納濾膜造成損壞。

系統(tǒng)控制說明：采用西門子系列PLC系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，系統(tǒng)提供與主控室DCS通信的接口，使信號(hào)傳送至DCS中控室顯示。

納濾膜預(yù)處理裝置工藝流程概述如下：

來自界區(qū)外的脫氯淡鹽水進(jìn)入淡鹽水儲(chǔ)槽1，由淡鹽水泵2將淡鹽水儲(chǔ)槽中的淡鹽水通過第一管道混合器3送至一級(jí)鈦板換熱器4，淡鹽水與從納濾膜過濾裝置15送來的低硝水在一級(jí)鈦板換熱器4內(nèi)進(jìn)行換熱，并將淡鹽水溫度降至（60±5）℃，淡鹽水在一級(jí)鈦板換熱器4前通過第一管道混合器3與亞硫酸鈉混合，亞硫酸鈉計(jì)量泵10使亞硫酸鈉從亞硫酸鈉罐9進(jìn)入第一管道混合器3，調(diào)節(jié)淡鹽水和亞硫酸鈉的混合液至ORP值≤200 mV后，混合液先后進(jìn)入一級(jí)鈦板換熱器4和二級(jí)鈦板換熱器5，二級(jí)鈦板換熱器5通循環(huán)冷卻水并將液體溫度降至（40±5）℃，通過第二管道混合器6加入高純鹽酸，即通過鹽酸泵12使高純鹽酸從高純鹽酸罐11進(jìn)入第二管道混合器6，控制加入的高純鹽酸的量并調(diào)節(jié)淡鹽水的pH值至5～7后進(jìn)入活性炭過濾器7進(jìn)一步除去游離氯，再進(jìn)入保安過濾器8，去除淡鹽水中的機(jī)械雜質(zhì)后進(jìn)入淡鹽水緩沖槽13，準(zhǔn)備進(jìn)行膜分離。

3? ? 實(shí)施效果

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本文所述撬裝納濾膜預(yù)處理裝置實(shí)現(xiàn)了如下有益效果：采用整體撬裝式結(jié)構(gòu)，將前處理部分的所有設(shè)備安裝固定在工字鋼制成的40尺集裝箱框架內(nèi)，框架內(nèi)部的管道、儀表、閥門等均在出廠前安裝完成，切實(shí)解決了系統(tǒng)占地面積大、施工周期長(zhǎng)等問題。

其優(yōu)點(diǎn)具體如下：

（1）結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約空間。撬裝裝置采用密集型布置，結(jié)構(gòu)緊湊，可大大減少占地面積。

（2）安裝方便，節(jié)約成本。大部分安裝工作已在工廠完成，現(xiàn)場(chǎng)安裝只需將撬裝塊安裝到基礎(chǔ)，后續(xù)再做好撬塊出口管線連接以及一些電氣儀表的接線工作，從而有效減少現(xiàn)場(chǎng)安裝的時(shí)間和成本。

（3）該裝置可通過添加亞硫酸鈉（Na2SO3）去除脫氯淡鹽水中的余氯，通過添加高純鹽酸將脫氯淡鹽水的pH值調(diào)節(jié)到進(jìn)膜鹽水要求，通過鈦板換熱器將脫氯淡鹽水溫度降至（40±5）℃，通過變頻高壓泵來調(diào)節(jié)進(jìn)膜鹽水的壓力。

4? ? 結(jié)語

本文主要闡述了一種新型撬裝納濾膜預(yù)處理裝置的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，可供氯堿行業(yè)的技術(shù)人員參考。需要指出的是，該裝置并不受本文所述實(shí)例的限制，在不脫離應(yīng)用范圍的前提下，還存有各種變化和改進(jìn)之處。

收稿日期：2021-12-07

作者簡(jiǎn)介：章雅（1973—），女，江蘇鹽城人，高級(jí)工程師，研究方向：工程咨詢。