國產(chǎn)反滲透膜在鍋爐用水中的試驗應(yīng)用

周建佳，齊 瑞，諶禮兵

（寧波鋼鐵有限公司，浙江寧波 315800）

引言

反滲透膜是一種模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反滲透技術(shù)的核心構(gòu)件。反滲透技術(shù)原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物質(zhì)不能透過半透膜 而將這些物質(zhì)和水分離開來。反滲透膜的膜孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物、細菌病毒等，從而達到分離凈化目的。

反滲透膜技術(shù)作為新型分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，因其結(jié)構(gòu)易升級，高效率，低能耗，低化學(xué)污染和無相轉(zhuǎn)變等優(yōu)勢，逐步成為了科研領(lǐng)域以及工業(yè)領(lǐng)域研究與生產(chǎn)的熱點。

反滲透應(yīng)用于預(yù)除鹽能使離子交換器的負荷減輕90%以上，樹脂的再生劑用量也可以減少90%，因此，不僅節(jié)約費用，而且利于環(huán)境保護。我國反滲透膜研發(fā)時間較晚，在反滲透膜領(lǐng)域發(fā)展水平較國外還有差距。2016 年國務(wù)院發(fā)布的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提及到“十三五”末國產(chǎn)海水淡化膜在國內(nèi)市場的占有率實現(xiàn)30%～50%，家用凈水膜達到國際一流水平，國產(chǎn)化80%以上。浙江省《高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》將積極推進高效膜材料的創(chuàng)新發(fā)展列入新材料產(chǎn)業(yè)。

1 脫鹽水站概況

寧波鋼鐵有限公司為2 臺150 t 燃氣鍋爐配套設(shè)計的脫鹽水站，設(shè)計處理能力100 m3/h。生產(chǎn)工藝見圖1。脫鹽水站主要制水設(shè)備由3 臺多介質(zhì)過濾器、3 臺活性炭過濾器、2 套反滲透裝置、2 套混床等組成。反滲透膜組均采用進口陶氏復(fù)合膜。為了響應(yīng)國家的號召，支持國內(nèi)膜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時節(jié)約公司內(nèi)部采購成本，開展國產(chǎn)膜在鍋爐用水的試驗應(yīng)用。由某公司提供6 支反滲透膜，替代除鹽水生產(chǎn)中一組反滲透膜組，與現(xiàn)有的反滲透膜在相同的運行工況和水質(zhì)一起生產(chǎn)運行，觀察測試膜組是否能滿足生產(chǎn)的需要，產(chǎn)水水質(zhì)及膜的性能與進口膜的差距，是否可以替代進口膜。

圖1 脫鹽水站工藝流程圖

2 試驗開展的方法和準備

2.1 試驗方法

某公司提供一組（6 支）膜組件，能源環(huán)保部拆卸和安裝完成后，投入正常運行觀察和檢測相關(guān)的運行數(shù)據(jù)。

2.2 試驗準備

2.2.1 現(xiàn)有膜組件的拆卸

1）先對系統(tǒng)進行殺菌后停機，關(guān)閉膜系統(tǒng)進水閥門，開啟濃水閥，將膜殼里面的水排盡。

2）將系統(tǒng)泄壓后，再利用相關(guān)拆卸工具將膜殼兩端端蓋拆卸下來，標識擺放。

3）使用一根長管從進水側(cè)方向?qū)⑴f膜元件推出，元件被推出膜殼另一端時應(yīng)防止損壞或造成人員受傷。

4）將膜元件依次擺放，瀝水，不得混放，做好編號與順序記錄。

5）將膜元件拆卸后，采用清水沖洗或其他方式擦洗，保證壓力容器干凈潤滑。

2.2.2 新膜組件的安裝

1）安裝前確認元件進入方向正確，即密封圈開口方向需面向進水方向，將膜元件逐一從密封圈的一端從膜殼進水端方向裝入。

2）將涂抹甘油潤滑的中心管連接器頭插入膜元件產(chǎn)水中心管內(nèi)，將膜元件推入膜殼內(nèi)，直到膜元件大約1/2 露出，再依次安裝其他膜元件和連接接頭，直到安裝完成。

3)合理調(diào)整膜元件和端板間的間隙，以防止膜元件在系統(tǒng)開機和停機的撞擊。

4)先將濃水側(cè)端蓋及止推環(huán)安裝好，再依次安裝進水端端蓋、濃水端產(chǎn)水管路。

5)膜元件安裝后，確認管道及接口、閥門狀態(tài)恢復(fù)。

2.2.3 舊膜元件的保存

1)拆下的膜保存在小于45 ℃的環(huán)境，保持干燥且無陽光直射，避免低溫結(jié)冰。

2)膜元件的保護液儲存與保護液定期檢查。

3)采用PE 或其他耐腐蝕容器，配備好1%～1.5%的亞硫酸氫鈉溶液。

4)保護液pH 值每3 天檢測一次，當pH＜3 時，應(yīng)更換新的保護液。

2.2.4 新膜組件的運行檢測

1)建立更換膜組件后的系統(tǒng)壓力和流量記錄。

2)建立更換的這組膜組件的出水水質(zhì)記錄。

3)統(tǒng)計系統(tǒng)的回收率和膜組的脫鹽率。

3 試驗過程和試驗數(shù)據(jù)

將高度合適的C套第四支反滲透膜組件進行了拆卸和安裝，與以套膜組的第二支、第三支進行比較，經(jīng)過幾天的試運行后，正式運行取水樣檢測，記錄如下在線數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)：C 套膜組的進水電導(dǎo)率、三支膜組的產(chǎn)水電導(dǎo)率；C 套膜組的進水壓力、膜間壓力、出水壓力；C 套膜組的清水流量、C 套膜組的濃水流量；其中電導(dǎo)率為試驗室儀表檢測數(shù)據(jù)，其余為在線數(shù)據(jù)。

3.1 第一階段水質(zhì)檢測和分析情況

12 月底至次年1 月初，三支膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率和脫鹽率都比較接近，分別見圖2、圖3。試驗用的第四支膜脫鹽率也很穩(wěn)定，試驗期間氣溫低，膜的透鹽率比較低，因此在試驗的6 個月當中此月份三支膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率都最低。系統(tǒng)的膜間壓差0.10 MPa,產(chǎn)水率79.82%。

圖2 三支反滲透膜組產(chǎn)水電導(dǎo)率折線圖

圖3 三支反滲透膜組產(chǎn)水去除率柱形圖

3.2 第二階段水質(zhì)檢測情況

1月底2月初，三支膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率和脫鹽率接近，分別見圖4、圖5。試驗用的第四支膜脫鹽率也很穩(wěn)定，月平均脫鹽率96.72%。此月系統(tǒng)的膜間壓差0.12 MPa,產(chǎn)水率78.98%。

圖4 三支反滲透膜組產(chǎn)水電導(dǎo)率折線圖

圖5 三支反滲透膜組產(chǎn)水去除率柱形圖

3.3 第三階段水質(zhì)檢測情況

3 月，三支膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率和脫鹽率接近，分別見圖6、圖7。試驗用的第四支膜脫鹽率也很穩(wěn)定，月平均脫鹽率96.09%。此月系統(tǒng)的膜間壓差0.15 MPa,產(chǎn)水率76.37%。

圖6 三支反滲透膜組產(chǎn)水電導(dǎo)率折線圖

圖7 三支反滲透膜組產(chǎn)水去除率柱形圖

3.4 第四階段水質(zhì)檢測情況

4 月，三支膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率和脫鹽率接近，分別見圖8、圖9。試驗用的第四支膜產(chǎn)水電導(dǎo)率也很穩(wěn)定，月平均脫鹽率95.50%。

圖8 三支反滲透膜組產(chǎn)水電導(dǎo)率折線圖

圖9 三支反滲透膜組產(chǎn)水去除率柱形圖

3月31日，對C 套膜組進行了常規(guī)的化學(xué)清洗，4月膜間壓差0.10 MPa,產(chǎn)水率78.14%。

3.5 第五階段水質(zhì)檢測情況

5 月，三支膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率和脫鹽率接近，分別見圖10、圖11。試驗用的第四支膜產(chǎn)水電導(dǎo)率也很穩(wěn)定，月平均脫鹽率96.20%。此月系統(tǒng)的膜間壓差0.08 MPa,產(chǎn)水率78.47%。

圖10 三支反滲透膜組產(chǎn)水電導(dǎo)率折線圖

圖11 三支反滲透膜組產(chǎn)水去除率柱形圖

3.6 第六階段水質(zhì)檢測情況

6 月，因天氣轉(zhuǎn)暖水溫升高，過膜的水分子粘度下降，擴散性能增強，導(dǎo)致透鹽率的增加和脫鹽率的下降，分別見圖12、圖13。三支膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率均同時上升而脫鹽率下降。但總體來說，試驗用的第四支膜產(chǎn)水電導(dǎo)率還是穩(wěn)定的，月平均脫鹽率94.28%。此月系統(tǒng)的膜間壓差0.09 MPa,產(chǎn)水率78.60%。

圖12 三支反滲透膜組產(chǎn)水電導(dǎo)率折線圖

圖13 三支反滲透膜組產(chǎn)水去除率柱形圖

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

本試驗采用了國產(chǎn)膜與原陶氏膜在運行條件完全一樣的前提下共同生產(chǎn)運行六個多月，去除率與原陶氏膜接近，前五個月，試驗用的三支膜組的去除率都達到了95%以上，只有6月份，取樣的三支膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率都上升，同時去除率下降，不足95%，原因如下：

4.1.1 水溫的影響

膜的去除率的測定通常是在25 ℃的條件下，一、二月份試驗用水在22～23 ℃，隨著天氣轉(zhuǎn)暖，六月份有33℃，水溫升高，過膜的水分子粘度下降，擴散性能增強，反滲透膜的透鹽率會增加而脫鹽率會下降。

4.1.2 進水水質(zhì)的影響

試驗用水為回用水深度處理的反滲透膜產(chǎn)水，電導(dǎo)率通常在100～150 μS/cm，含鹽量（電導(dǎo)率）比較低，碳酸氫鹽在水中的占比很高，碳酸類化合物在水中有幾種不同的存在形態(tài)，而其中的CO2不能被反滲透膜去除，所以相對的，系統(tǒng)膜的去除率都有些微的偏低，因而在立項時把去除率設(shè)定為95%。

從以上各月的試驗進出水水質(zhì)分析檢測結(jié)果看，用做試驗的國產(chǎn)膜性能與原在使用期內(nèi)的陶氏進口的性能接近，產(chǎn)水電導(dǎo)率均小于10 μS/cm，且脫鹽率基本大于95%，與原膜組配套使用后，膜間壓力沒有增大，產(chǎn)水率沒有低于75%。

試驗各項數(shù)據(jù)和結(jié)果滿足膜生產(chǎn)運行的基本要求和試驗設(shè)定的標準，滿足系統(tǒng)水質(zhì)要求，運行安全穩(wěn)定。

4.2 建議

寧鋼深度水處理生產(chǎn)以后，脫鹽站以深度水處理的反滲透膜產(chǎn)水為源水制水，水質(zhì)比較好，可以嘗試使用成本更低廉的國產(chǎn)反滲透膜，一是國產(chǎn)膜可以保證現(xiàn)場的水質(zhì)要求，二是可以逐步推進反滲透膜國產(chǎn)化，支持國內(nèi)膜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。