双膜法预脱盐水处理系统设计
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【摘 要】某化学品公司现有除盐水系统需要将水源改为园区工业废水处理厂出水，且生产工艺有循环冷却水的使用需求，为此本技术方案推荐采用“超滤+反渗透”双膜法预脱盐工艺，双膜法的引入，使水处理工艺更加完善、灵活，可以满足不同水质、水量条件等复杂条件下的用水需求。
【Abstract】The existing desalination system of a chemical company needs to change the water source to the effluent of the industrial wastewater treatment plant in the park， and the production process has the use demand of circulating cooling water. Therefore， this technical scheme recommends the use of "ultrafiltration + reverse osmosis" double-membrane desalination process. The introduction of double-membrane process makes the water treatment process more perfect and flexible. It can meet the water demand under complex conditions such as different water quality and quantity conditions.
【关键词】反渗透;超滤;预脱盐;方案设计;废水回用
【Keywords】 reverse osmosis; ultrafiltration; desalination; scheme design; wastewater reuse
【中图分类号】TQ085+.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）10-0189-02
1 项目概况
某化学品公司生产工艺需使用脱盐水，现有的脱盐水处理工艺如下：
阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→脱盐水。
现拟采用园区工业水处理厂处理后的出水，在现有离子交换前增加预脱盐工艺为基础，本方案建议采用“超滤+反渗透”双膜法预脱盐工艺，工艺流程如下：
带压工业自来水→自清洗过滤器→超滤装置→超滤产水池→增压泵→保安过滤器→高压泵→反渗透装置→除盐水池→外供水泵→用水点或后续处理工艺。
设计反渗透出力350m3/h，其中250m3/h可以直接去作为工业冷却水，100m3/h去现有离子交换系统进一步处理，以满足工艺用水以及锅炉补给水的使用要求。
2 方案设计基础
2.1 水质、水量
原水电导率<1100μs/cm，总硬度<250mg/L，总碱度<110 mg/L，游离余氯<0.5mg/L，进水浊度<1NTU;
系统最终规模为：350m3/h。
2.2 设计产水水质
产水电导率：≤20μS/cm。
2.3 回收率
以15℃作为设计温度时，系统总回收率≈75%，RO回收率≈80%。
温度对反渗透的回收率影响较大，通过软件模拟计算，相同运行压力下5℃时RO产水回收率可降低至55%（即RO产水量降低至240m3/h左右），对水量影响较大，因此，冬季需要对原水进行换热，或者通过增加现有离子交换系统处理量来满足厂区整体用水量需求。
3 双膜法工艺介绍
3.1自清洗过滤器
自清洗过滤器主要作为超滤的保安过滤器，去除泥沙、金属丝、毛发等固体污染物，是为了保护膜过滤系统，延长膜过滤的过滤周期、减少膜反冲洗次数以及膜化学清洗的次数、延长膜的使用寿命。滤网式自清洗过滤器是依靠多棱过滤技术将原水中大颗粒悬浮物、砂砾等能够对超滤膜表面造成机械划伤的杂质去除。
本系统选用不锈钢滤网全自动过滤器1台，过滤精度150μm。经过自清洗过滤器处理的水，最大限度地保证超滤系统的安全性。
3.2 超滤装置
超滤是同时进行浓缩和分离大分子或胶体物质的技术。以压力差为驱动力，液体在超滤膜表面流过时，大分子或胶体物质被截留，小分子和纯水透过膜的过程。
超滤是去除0.01～0.1μm污染物质最有效的方法之一，使用超滤不但能去除所有的悬浮物，而且还能去除部分有机物，保持超滤产水持续稳定在SDI<3，保证反渗透的长期稳定运行。
本方案推荐采用材质为PVDF的中空纤维超滤膜，外压式设计，对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力。针对原水特点，超滤膜采用全流过滤、频繁反洗的全自动连续运行方式，其运行情况为：水、气反洗方式，水反洗周期20～60min一次，每次反洗40s，气洗周期12h一次，每次30s，反洗更彻底，膜性能恢复好，反洗用水量大大降低（本项目为产水量的5%），化学清洗周期長。化学清洗频率1～6个月（视污染情况而定），和反渗透共用一套化学清洗系统。系统采用PLC或DCS控制。 本方案设计超滤装置4套，单套处理能力110m3/h/（15℃）。
3.3 反渗透装置
反渗透亦称逆渗透，是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜或称半透膜分离出来[1]。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压，就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、純化和浓缩的目的。
考虑到本项目的水质特点、设备的节能、运行压力、膜的透过率、膜的脱盐率、出水的含盐量等因素，本项目采用美国陶氏公司的高抗污染反渗透BW30FR-400/34i，该膜较大多数28mil的商用膜元件宽流道，具有更宽的浓水网格，高达34mil，由于其流道更宽，抗污染性更强。
本除盐水处理系统设计反渗透装置共4套，单套处理能力88m3/h，脱盐率≥98%，系统回收率约75%。
3.4 加药系统
超滤和反渗透装置共用一套加药装置：
①氧化杀菌剂加药
原水进系统前投加氧化杀菌剂，避免膜生物污染。
②阻垢剂加药装置
阻垢剂加药装置在反渗透进水中加入阻垢剂，防止反渗透浓水中碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙等难溶盐浓缩后析出结垢，堵塞反渗透膜，从而损坏膜元件的应用特性，因此，在进入膜元件之前设置了阻垢剂投加装置[2]。阻垢剂可以控制碳酸盐垢、硫酸盐垢及氟化钙垢，它的主要作用是相对增加水中结垢物质的溶解性，以防止碳酸钙、硫酸钙等物质对膜的阻碍，同时它也可以降低铁离子堵塞膜的微孔。
4 投资估算及运行成本分析
投资估算约1280万元（不含水箱及土建），运行成本主要包括电费、药剂、耗材、人工等直接运行成本，运行费用约1.50元/m3。
5 该项目实施的意义
通过引入“超滤+反渗透”工艺，可以为工业冷却水提供稳定的供水，且为后续的离子交换系统提供高质量的原水。双膜法的引入，相当于增加了现有离子交换工艺的预脱盐处理，同时针对不同水质要求，增加了新的脱盐设备，对现有离子交换系统提高产水水质、延长清洗周期、延长使用寿命具有重大的意义。且双膜法的引入，使水处理工艺更加完善、灵活，可以满足不同水质、水量条件等复杂条件下的用水需求。
【参考文献】
【1】孙皓，曹萍.电厂化学水处理系统的特点与发展趋势[J].能源与节能，2019（03）：80-81+94.
【2】段志栋.反渗透法和全离子交换法除盐技术初步比较[J].山西化工，2017，37（04）：64-66+97.
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