化工企業大型反滲透除鹽系統的設計方案選擇
來源：西安邦同水處理技術有限公司(si) 閱讀：2907 更新時間：2011-03-11 08:49摘要:介紹了(le)化(hua)肥(fei)企業大型反滲透系統(tong)的預處理系統(tong)、反滲透系統(tong)、清洗系統(tong)、控制系統(tong)四個方(fang)面的設(she)計方(fang)案選擇及注意問(wen)題(ti)，并對此進行了(le)比較詳細的論述。
關鍵詞：反滲(shen)透、水質、預處理(li)、控制系(xi)統、材料、設計
針對目前化肥企業(ye)鍋(guo)爐用水(shui)采(cai)用傳(chuan)統(tong)的(de)離(li)子交換法存(cun)在(zai)酸(suan)堿(jian)消耗(hao)大(da)、污染嚴(yan)重(zhong)、水(shui)質穩定性差(cha)、自動(dong)化程度低、設備運(yun)行(xing)有(you)維(wei)修費用高(gao)等(deng)缺點(dian)，大(da)多數企業(ye)在(zai)水(shui)處理系(xi)統(tong)改(gai)造時逐(zhu)漸采(cai)用反(fan)滲(shen)透技術。由于化肥企業(ye)鍋(guo)爐及工藝(yi)用水(shui)具有(you)用水(shui)量大(da)、水(shui)質要求高(gao)、原水(shui)水(shui)質較差(cha)且系(xi)統(tong)投資大(da)等(deng)特點(dian)，反(fan)滲(shen)透系(xi)統(tong)設計方(fang)案是(shi)否科學合理將會直接影響到系(xi)統(tong)的(de)安全(quan)、經(jing)濟、平穩、可靠運(yun)行(xing)。
1預處理系統設計
反滲透系統能否安全有(you)效運行(xing)，預處(chu)理系統的設計是(shi)否合理至關重要。一般(ban)而言，地下(xia)水水質(zhi)(zhi)含鹽量(liang)大(da)、水質(zhi)(zhi)穩定，污染(ran)指數SDI低，微生(sheng)物(wu)含量(liang)低，預處(chu)理較為(wei)簡單，但(dan)需加強原水阻垢處(chu)理。地表(biao)水含鹽量(liang)低但(dan)水質(zhi)(zhi)不(bu)穩定，隨(sui)季(ji)節變化(hua)大(da)，懸浮物(wu)、膠體、有(you)機物(wu)和(he)微生(sheng)物(wu)含量(liang)高，SDI高，極易產生(sheng)膜的污堵，對(dui)它的預處(chu)理要比(bi)地下(xia)水復雜的多(duo)。
設計者應根據用戶提供的水源常規分析項目水中的各類陰、陽離子）及綜合分析項目（SDI、濁度、BOD、COD）指標來確定合理的預處理方案。
設計多介(jie)質(zhi)(zhi)過濾器時地(di)(di)表水(shui)應確保濾速小于10m/h，地(di)(di)下水(shui)水(shui)質(zhi)(zhi)較好時可控制在15 m/h以下。
處理(li)還原態井水中(zhong)的(de)二價(jia)鐵(tie)，通常采用的(de)方法(fa)是(shi)曝氣(qi)法(fa)和錳砂過(guo)濾除鐵(tie)法(fa)。
使用市政(zheng)自來(lai)水作為(wei)原水時(shi)要特別注(zhu)意游離氯(lv)的(de)含(han)量，當游離氯(lv)的(de)含(han)量大于0.1mg/L時(shi)應(ying)進行脫氯(lv)處理，余氯(lv)可以通(tong)過活(huo)(huo)性炭(tan)或化(hua)學還(huan)原劑(ji)還(huan)原為(wei)無害的(de)氯(lv)離子(zi)，一般在小型系統(tong)(tong)中(zhong)采用活(huo)(huo)性炭(tan)法，而在大型系統(tong)(tong)中(zhong)通(tong)常采用化(hua)學還(huan)原劑(ji)法。
活性炭脫氯的反(fan)應過程(cheng)如下(xia)：
C+2CI2+2H2O 4HCI+CO2
在有些情況下，炭床被可能成為微(wei)(wei)生(sheng)物的(de)滋生(sheng)場所(suo)(suo)，微(wei)(wei)生(sheng)物也會引起膜的(de)污染，所(suo)(suo)以還需要采取(qu)措施降低微(wei)(wei)生(sheng)物的(de)生(sheng)長。
偏亞(ya)硫(liu)酸(suan)鈉(na)（SMBS）是最常用(yong)于脫除游離氯的還(huan)原(yuan)劑，其(qi)它的還(huan)原(yuan)劑如二氧化硫(liu)，但與(yu)SMBS相比，價格沒(mei)有競爭力。偏亞(ya)硫(liu)酸(suan)鈉(na)（SMBS）溶于水時(shi)形成亞(ya)硫(liu)酸(suan)鈉(na)（SBS）：
Na2S2O5+H2O 2NaHSO3
然后SBS按(an)如(ru)下反應還(huan)原成(cheng)鹽酸：
NaHSO3+HOCI=HCI+NaHSO4
SMBS雖(sui)然脫氯速度很快，為了保證完全反(fan)應，推薦使用(yong)表態混(hun)合器，以(yi)使溶液充分(fen)混(hun)合均勻。
為了(le)安(an)全起(qi)見還應在混(hun)合下游安(an)裝氧化還原電極(ji)（ORP）檢(jian)測氯的含量，當(dang)檢(jian)測到余氯時，電極(ji)信號(hao)將激活報(bao)警(jing)并停止高壓泵。
針對一些水質較差的地表水，應考慮(lv)采(cai)用超(chao)濾（UF）作為預處理，超(chao)濾能夠有效(xiao)地去除水中的懸浮物(wu)、膠(jiao)體、有機大分子、細菌(jun)、微生物(wu)等(deng)雜質，經超(chao)濾處理后水的SDI<1,但(dan)超(chao)濾(UF)裝置投資較大,操作維護較復雜。
進水(shui)(shui)(shui)(shui)來(lai)自(zi)經混(hun)凝、澄清處理后的(de)(de)(de)地表水(shui)(shui)(shui)(shui)，水(shui)(shui)(shui)(shui)溫(wen)隨季節變(bian)化(hua)(hua)較(jiao)大(da)，而(er)(er)反滲(shen)透(tou)系統的(de)(de)(de)產(chan)水(shui)(shui)(shui)(shui)量受水(shui)(shui)(shui)(shui)溫(wen)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)影響較(jiao)大(da)，在壓(ya)力(li)恒定(ding)的(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，水(shui)(shui)(shui)(shui)溫(wen)每變(bian)化(hua)(hua)1℃，其產(chan)水(shui)(shui)(shui)(shui)量大(da)致(zhi)增(zeng)減(jian)2.7%；為了彌補因冬季水(shui)(shui)(shui)(shui)溫(wen)較(jiao)低而(er)(er)致(zhi)使反滲(shen)透(tou)系統產(chan)水(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)量下(xia)降的(de)(de)(de)情況，同時(shi)(shi)考慮(lv)運行成本，應(ying)考慮(lv)采(cai)用熱交換(huan)器將(jiang)原水(shui)(shui)(shui)(shui)加(jia)熱使其維(wei)持(chi)在20℃左右。如暫時(shi)(shi)無換(huan)熱條(tiao)件(jian)，在設計(ji)反滲(shen)透(tou)系統時(shi)(shi)應(ying)特別(bie)注意溫(wen)度這一(yi)因素。
為了防止(zhi)在反滲透(tou)膜濃水側溶(rong)解性物質因不斷濃縮達到過飽和狀態而析出（結垢），在大型系統中防止(zhi)結垢的辦法(fa)通常(chang)采用添加阻垢劑。
阻垢(gou)劑的(de)選(xuan)型及投加量取決于原水水質，大型系統推薦選(xuan)用(yong)(yong)進(jin)口(kou)多(duo)元共聚(ju)復合阻垢(gou)劑，它可以提高水中的(de)難溶物質的(de)飽和度。其作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)機理(li)分別為：抑制(zhi)析出(chu)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)、分散作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)、晶格扭(niu)曲作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)、絡合作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。
預(yu)處理系統(tong)(tong)比較(jiao)保守的設(she)計，通常能使反(fan)滲透系統(tong)(tong)運行(xing)安全、穩定，能增強對水質(zhi)變化的適應性；雖然保守的設(she)計會使初期投資(zi)費用(yong)較(jiao)高，但與系統(tong)(tong)穩定性及設(she)備檢修費用(yong)相(xiang)比是有價(jia)值的。
設計科學、完善的預處理，才能保證(zheng)反滲透系統進水符合(he)要(yao)(yao)求，從而降低(di)膜的污染(ran)，延長(chang)膜的使用壽(shou)命，確保產水水質穩定。反之，如預處理達不(bu)到設計要(yao)(yao)求，則后(hou)果十分嚴重。
2反滲透系統設計
反滲透系統的設計必須綜合考慮到其運行的安全、穩定、技術經濟合理性、易于操作和維護、設備空間限制及環境保護等諸多方面的要求。
大多數膜(mo)的(de)(de)(de)生(sheng)產廠家(jia)為了方便(bian)用戶進行系統設(she)計(ji)(ji)，都有(you)自(zi)己(ji)的(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)軟件(jian)，在進行系統設(she)計(ji)(ji)時，選擇水(shui)質(zhi)(zhi)類(lei)型是十分重(zhong)要的(de)(de)(de)。針對不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)水(shui)質(zhi)(zhi)設(she)計(ji)(ji)軟件(jian)有(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)邊(bian)界條件(jian)（設(she)計(ji)(ji)報(bao)警值）。從RO/UF的(de)(de)(de)滲透液(SDI〈1)，到(dao)井水(shui)（SDI〈3），到(dao)軟化地表水(shui)（SDI=3）到(dao)地表水(shui)（SDI〈5〉等，水(shui)質(zhi)(zhi)逐漸變差，所以其邊(bian)界條件(jian)漸趨嚴格。
大型系(xi)統(tong)(tong)設計(ji)時(shi)系(xi)統(tong)(tong)回收率(lv)是用戶比較關(guan)心的一(yi)個重要(yao)參數(shu)，回收率(lv)設定太高(gao)，濃水側難(nan)溶鹽的濃度（濃水pH、LSI、離子強度、HCO3-、CO2、總堿度），也會相應增大，這些參數(shu)超過設計(ji)報警(jing)值(zhi)時(shi)需要(yao)調節進(jin)水PH值(zhi)或進(jin)水中加阻(zu)垢(gou)劑(ji)。
根(gen)據生(sheng)產廠家(jia)提供的(de)反滲透(tou)膜元件的(de)選(xuan)用導(dao)則確(que)定膜的(de)類型及數量，在確(que)定了(le)壓力容(rong)器的(de)排(pai)列(lie)方(fang)式時(shi)，通(tong)常(chang)二段排(pai)列(lie)容(rong)器比為(wei)2：1，三段排(pai)列(lie)容(rong)器比為(wei)4：2：1。
一個設(she)計(ji)模(mo)型的建(jian)(jian)立往(wang)往(wang)要(yao)(yao)經(jing)(jing)過反復比較、修改才(cai)能完成，經(jing)(jing)過多(duo)次調整設(she)計(ji)參數，設(she)計(ji)軟件(jian)(jian)將(jiang)計(ji)算結(jie)果不斷地與邊(bian)界條件(jian)(jian)比較，直到各邊(bian)界條件(jian)(jian)均收斂(lian)，同時(shi)滿足各限制范(fan)圍要(yao)(yao)求，系統設(she)計(ji)的理論(lun)模(mo)型才(cai)算建(jian)(jian)立完畢。
一個完整的設(she)計(ji)(ji)計(ji)(ji)算結(jie)果(guo)包含九部(bu)分內容：1.文件頭信息(xi)；2.系(xi)(xi)統主(zhu)要(yao)參(can)數;3.各段(duan)具體參(can)數;4.系(xi)(xi)統各部(bu)分離(li)子濃(nong)度;5.系(xi)(xi)統設(she)計(ji)(ji)報(bao)警(jing);6.溶(rong)解(jie)度報(bao)警(jing);7.結(jie)垢計(ji)(ji)算結(jie)果(guo);8.段(duan)內詳(xiang)細參(can)數;9.法(fa)律說(shuo)明.判斷系(xi)(xi)統設(she)計(ji)(ji)是否有(you)問題應首先查看系(xi)(xi)統設(she)計(ji)(ji)和溶(rong)解(jie)度有(you)沒有(you)報(bao)警(jing)。
反滲透(tou)系(xi)統(tong)機架不宜設(she)計太高，一(yi)般高度應控制在(zai)2米(mi)以下，以便(bian)于膜管(guan)及(ji)配套管(guan)閥的安裝、拆卸及(ji)維(wei)修。管(guan)閥布置應充分考慮(lv)操作、調節及(ji)維(wei)修方便(bian)，應盡量集中布置。
反滲透系統(tong)高壓管(guan)道通(tong)常采(cai)(cai)用(yong)不銹(xiu)鋼，對于(yu)一般的苦(ku)咸(xian)水或自(zi)來(lai)水采(cai)(cai)用(yong)SS（SUS）304或1Cr18Ni9Ti(國產)，水的流速>1.5m/s。低壓管(guan)道采(cai)(cai)用(yong)鋼襯膠、ABS、U-PVC均可。
每(mei)只(zhi)膜(mo)管(guan)出水(shui)端應設置(zhi)取樣閥(fa)，以方便監測單支膜(mo)管(guan)水(shui)質，判斷(duan)膜(mo)的污染(ran)情況。
系統的運(yun)行狀況如流量、壓力、水質必須實時監測(ce)和控制，有關儀(yi)表(biao)可(ke)分為測(ce)量儀(yi)表(biao)和控制儀(yi)表(biao)。
在(zai)線(xian)測量儀表(biao)包括(kuo)：
1．流(liu)量儀表：測定濃水和產水流(liu)量。
2．壓(ya)力(li)(li)儀表：測定保安過濾(lv)器(qi)進出口(kou)(kou)壓(ya)力(li)(li)，反滲(shen)透組件進出口(kou)(kou)壓(ya)力(li)(li)，高壓(ya)泵入口(kou)(kou)壓(ya)力(li)(li)，產水壓(ya)力(li)(li)。
3．水(shui)(shui)(shui)質(zhi)儀(yi)表(biao)：測定進水(shui)(shui)(shui)SDI，進水(shui)(shui)(shui)、產水(shui)(shui)(shui)電導率，進水(shui)(shui)(shui)、產水(shui)(shui)(shui)PH，進水(shui)(shui)(shui)余氯，進水(shui)(shui)(shui)溫度。
控(kong)制儀表包括：
1．低壓開關：置(zhi)于高壓泵進水端，以免高壓泵因缺水而損壞；
2．高壓(ya)開關：置(zhi)于反滲透膜進(jin)水端(duan)，以免高壓(ya)造成膜元件損壞；
3．氧(yang)化還原反應（ＯＲＰ）儀：檢測進水游離(li)氯(lv)含量；
4．高溫開關：進(jin)水側(ce)裝置，以免水溫過高造成膜元件損壞；
5．電(dian)導率開關(guan)：產(chan)水(shui)側設置，產(chan)水(shui)電(dian)導過高則排放，以保(bao)護下(xia)游設備；
6．高(gao)、低、PH值(zhi)開(kai)關；進水側裝(zhuang)置(zhi)，防止(zhi)裝(zhuang)置(zhi)結垢或膜水解。
還可根(gen)據實(shi)際情(qing)況增設(she)其它測量和(he)監測儀(yi)表。
3控制系統
控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)包括(kuo)硬件系(xi)統(tong)(tong)和軟件系(xi)統(tong)(tong)。
硬件系(xi)統由(you)現場過程儀表、液位開關(guan)、電機控(kong)制(zhi)裝(zhuang)置、可編程控(kong)制(zhi)器、觸摸屏等組成。
軟(ruan)件控(kong)制(zhi)系(xi)統主要是(shi)根(gen)據反滲透系(xi)統運(yun)行(xing)(xing)要求進行(xing)(xing)順(shun)序(xu)控(kong)制(zhi)和聯(lian)鎖，對(dui)于自動化程度較(jiao)高的企業(ye)控(kong)制(zhi)系(xi)統可與全廠DCS系(xi)統連(lian)接。
控(kong)制系統對(dui)高(gao)壓泵(beng)的(de)(de)控(kong)制一項主要(yao)內容是防止(zhi)高(gao)壓泵(beng)啟動、停(ting)止(zhi)時產(chan)生的(de)(de)液壓沖擊(ji)。通常采(cai)(cai)用的(de)(de)方(fang)法是在高(gao)壓泵(beng)出(chu)口安(an)裝(zhuang)電動慢開閥、高(gao)壓泵(beng)采(cai)(cai)用軟(ruan)啟動器或變頻器控(kong)制等方(fang)法，具體采(cai)(cai)用那一種控(kong)制方(fang)式，應根據高(gao)壓泵(beng)水的(de)(de)流量、壓力(li)、功率等因素決定。
控(kong)制系統的(de)另一項主要任務反(fan)滲透(tou)(tou)膜(mo)的(de)定(ding)時沖洗，為防(fang)止(zhi)反(fan)滲透(tou)(tou)系統運(yun)行(xing)一定(ding)時間后(hou)濃水側亞穩態的(de)結(jie)垢物(wu)質出現結(jie)垢，需(xu)定(ding)期(qi)以低壓、大流(liu)量(liang)的(de)進水對膜(mo)進行(xing)沖洗，以保護反(fan)滲透(tou)(tou)膜(mo)。
軟件控(kong)制(zhi)系統還(huan)會根據(ju)需要提供流程控(kong)制(zhi)畫面、聲光報(bao)警、運行數據(ju)檢索、報(bao)表打印、自動開(kai)關機等功能。
4清洗、沖洗系統
無論預處理如何徹底，反滲透(tou)經過(guo)長期使用后(hou)，膜表面仍(reng)會受到結垢的(de)污染(ran)；因此，必須在反滲透(tou)系(xi)(xi)統中設計一套在線清洗（CIP）系(xi)(xi)統。
反滲(shen)透(tou)(tou)清(qing)洗系(xi)統作(zuo)用是(shi)根據反滲(shen)透(tou)(tou)膜污染(ran)的(de)(de)情(qing)況，配制(zhi)一定濃度(du)的(de)(de)特(te)定的(de)(de)清(qing)洗溶液，清(qing)除(chu)反滲(shen)透(tou)(tou)膜中的(de)(de)污染(ran)物質，以恢復膜的(de)(de)原有特(te)性。
總之，化肥企業大型反滲透系統的設計方案的選擇是多方面因素綜合考慮的結果，系統設計時既要考慮工藝的科學性、合理性、技術先進性、也要考慮設備投資的性價比，以節約設備投資、降低產水成本；而且應根據企業現有的設備條件盡量合理改造現有預處理設備，減少占地面積，合理而已設備，以便操作維護。
