雙膜法預(yù)脫鹽水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉艷麗

（北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

1 項(xiàng)目概況

某化學(xué)品公司生產(chǎn)工藝需使用脫鹽水，現(xiàn)有的脫鹽水處理工藝如下：

陽(yáng)離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→脫鹽水。

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

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

設(shè)計(jì)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(xiàn)有離子交換系統(tǒng)進(jìn)一步處理，以滿足工藝用水以及鍋爐補(bǔ)給水的使用要求。

圖1 雙膜法預(yù)脫鹽工藝流程

2 方案設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

2.1 水質(zhì)、水量

原水電導(dǎo)率＜1100μs/cm，總硬度＜250mg/L，總堿度＜110 mg/L，游離余氯＜0.5mg/L，進(jìn)水濁度＜1NTU；

系統(tǒng)最終規(guī)模為：350m3/h。

2.2 設(shè)計(jì)產(chǎn)水水質(zhì)

產(chǎn)水電導(dǎo)率：≤20μS/cm。

2.3 回收率

以15℃作為設(shè)計(jì)溫度時(shí)，系統(tǒng)總回收率≈75%，RO回收率≈80%。

溫度對(duì)反滲透的回收率影響較大，通過(guò)軟件模擬計(jì)算，相同運(yùn)行壓力下5℃時(shí)RO產(chǎn)水回收率可降低至55%（即RO產(chǎn)水量降低至240m3/h左右），對(duì)水量影響較大，因此，冬季需要對(duì)原水進(jìn)行換熱，或者通過(guò)增加現(xiàn)有離子交換系統(tǒng)處理量來(lái)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(guò)濾器

自清洗過(guò)濾器主要作為超濾的保安過(guò)濾器，去除泥沙、金屬絲、毛發(fā)等固體污染物，是為了保護(hù)膜過(guò)濾系統(tǒng)，延長(zhǎng)膜過(guò)濾的過(guò)濾周期、減少膜反沖洗次數(shù)以及膜化學(xué)清洗的次數(shù)、延長(zhǎng)膜的使用壽命。濾網(wǎng)式自清洗過(guò)濾器是依靠多棱過(guò)濾技術(shù)將原水中大顆粒懸浮物、砂礫等能夠?qū)Τ瑸V膜表面造成機(jī)械劃傷的雜質(zhì)去除。

本系統(tǒng)選用不銹鋼濾網(wǎng)全自動(dòng)過(guò)濾器1臺(tái)，過(guò)濾精度150μm。經(jīng)過(guò)自清洗過(guò)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(shí)進(jìn)行濃縮和分離大分子或膠體物質(zhì)的技術(shù)。以壓力差為驅(qū)動(dòng)力，液體在超濾膜表面流過(guò)時(shí)，大分子或膠體物質(zhì)被截留，小分子和純水透過(guò)膜的過(guò)程。

超濾是去除0.01～0.1μm污染物質(zhì)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(jī)物，保持超濾產(chǎn)水持續(xù)穩(wěn)定在SDI＜3，保證反滲透的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

本方案推薦采用材質(zhì)為PVDF的中空纖維超濾膜，外壓式設(shè)計(jì)，對(duì)膠體、懸浮顆粒、色度、濁度、細(xì)菌、大分子有機(jī)物具有良好的分離能力。針對(duì)原水特點(diǎn)，超濾膜采用全流過(guò)濾、頻繁反洗的全自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行方式，其運(yùn)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(fù)好，反洗用水量大大降低（本項(xiàng)目為產(chǎn)水量的5%），化學(xué)清洗周期長(zhǎng)?；瘜W(xué)清洗頻率1～6個(gè)月（視污染情況而定），和反滲透共用一套化學(xué)清洗系統(tǒng)。系統(tǒng)采用PLC或DCS控制。

本方案設(shè)計(jì)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(guò)反滲透膜或稱半透膜分離出來(lái)[1]。因?yàn)樗妥匀粷B透的方向相反，故稱反滲透。根據(jù)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(dá)到分離、提取、純化和濃縮的目的。

考慮到本項(xiàng)目的水質(zhì)特點(diǎn)、設(shè)備的節(jié)能、運(yùn)行壓力、膜的透過(guò)率、膜的脫鹽率、出水的含鹽量等因素，本項(xiàng)目采用美國(guó)陶氏公司的高抗污染反滲透BW30FR-400/34i，該膜較大多數(shù)28mil的商用膜元件寬流道，具有更寬的濃水網(wǎng)格，高達(dá)34mil，由于其流道更寬，抗污染性更強(qiáng)。

本除鹽水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)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(jìn)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(jié)垢，堵塞反滲透膜，從而損壞膜元件的應(yīng)用特性，因此，在進(jìn)入膜元件之前設(shè)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(duì)增加水中結(jié)垢物質(zhì)的溶解性，以防止碳酸鈣、硫酸鈣等物質(zhì)對(duì)膜的阻礙，同時(shí)它也可以降低鐵離子堵塞膜的微孔。

4 投資估算及運(yùn)行成本分析

投資估算約1280萬(wàn)元（不含水箱及土建），運(yùn)行成本主要包括電費(fèi)、藥劑、耗材、人工等直接運(yùn)行成本，運(yùn)行費(fèi)用約1.50元/m3。

5 該項(xiàng)目實(shí)施的意義

通過(guò)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(zhì)量的原水。雙膜法的引入，相當(dāng)于增加了現(xiàn)有離子交換工藝的預(yù)脫鹽處理，同時(shí)針對(duì)不同水質(zhì)要求，增加了新的脫鹽設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有離子交換系統(tǒng)提高產(chǎn)水水質(zhì)、延長(zhǎng)清洗周期、延長(zhǎng)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(zhì)、水量條件等復(fù)雜條件下的用水需求。