高含鹽水除鹽系統(tǒng)中采用反滲透技術(shù)的

1、全國化工熱工設(shè)計技術(shù)中心站年會論文集 149.高含鹽水除鹽系統(tǒng)中采用反滲透技術(shù)的經(jīng)濟性和可靠性謝淑蘭 武守華華泰工程公司（化工部第二設(shè)計院） 在水處理行業(yè)中，由于水源水質(zhì)不同，用戶對水質(zhì)要求不一，水處理方法又有各種各樣，所以要正確選擇給水處理方案是一項技術(shù)性較高、工作量較大的工作。在設(shè)計中通常采用離子交換法，其設(shè)備和工藝技術(shù)都是很成熟的，但對高含鹽量水來說，若仍然采用單純離子交換法就不夠理想。本文以X X 化工廠TDI工程脫鹽水站設(shè)計為例，對采用反滲透系統(tǒng)與其他脫鹽水系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性作一番比較，供同行參考。1.水站概述該水處理站主要供TDI工程化工工藝用水和中壓鍋爐補充水。處理水量：反滲透裝置

2、為75m3/h, 離子交換裝置為100m3/h。1.1原水水質(zhì)原水為地下深井水，水質(zhì)摘錄如下：Na+K+ 452.27m/l Cl- 435.58 m/lGa2+ 13.05 m/l SO42- 115.27 m/l Mg2+ 5.47 m/l HCO3- 356.97 m/lFe3+ 0.28 m/l CO32- 0.00 m/lAl3+ 0.00 m/l I- 0.20 m/lFe2+ 0.03 m/l F- 2.45 m/lNH4+ 0.07 m/l NO3- 0.28 m/lMn2+ 0.00 m/l HPO42- 0.02 m/l OH- 0.00 m/l可溶硅酸 15.00 m/L

3、 固形物 1222.36 m/LPH 8.2水溫 291.2供水水質(zhì)電導(dǎo)率 s/cmPH 71.3系統(tǒng)的擬定根據(jù)原水水質(zhì)和用水水質(zhì)要求，先擬定三個流程方案作比較：電滲析離子交換法、全離子交換法和反滲透-離子交換法三種。2.方案比較2.1電滲析離子交換法2.1.1除鹽機理電滲析是膜分離技術(shù)的一種，其除鹽機理是在直流電場作用下，以電位差為推動力，將水中帶電的（陰）陽離子各自作定向遷移，由于離子交換膜有選擇透過性，而使淡水室中的陰離子向正極移動，透過陰膜進入濃水室，濃水室的陰離子不能透過陰膜而留在濃水室內(nèi)，淡水室中的陰離子向負(fù)極移動，透過陽膜進入濃水室，濃水室的陽離子也不能透過陽膜而留在濃水室，從而

4、使淡水室的水被淡化而水被濃縮。2.1.2流程選擇原水機械過濾器電滲析器陽離子交換器除CO2器陰離子交換器陰陽混合離子交換器用戶。2.1.3主要設(shè)備選擇機械過濾器 3200 3臺電滲析器 30t/h 4臺 陽離子交換器 2000 3臺除CO2器 1500 3臺陰陽混合離子交換器 2000 3臺陰離子交換器 1600 3臺2.1.4噸水消耗指標(biāo)鹽酸（31%） 0.7 k業(yè)堿（40%） 083 k電 1.84 kw原水 1.823 噸2.1.5評價本工程采用此流程有以下缺點：（1） 電滲析器臺數(shù)太多，維修工作量大，勞動強度高，連續(xù)供水的可靠性差。（2） 水的利用率低。因此這種流程不適宜在大規(guī)模連續(xù)供

5、水的裝置中采用。2.2全離子交換除鹽系統(tǒng)2.2.1流程選擇原水機械過濾器強酸陽離子交換器弱酸陽離子交換器除CO2器弱堿陰離子交換器陰雙室浮動離子交換器陰陽混合離子交換器用戶。2.2.2主要設(shè)備選擇強酸陽離子交換器 2000 6臺除CO2器 1500 2臺弱堿陰離子交換器 2000 3臺陰雙室浮動離子交換器 1800 3臺陰陽混合離子交換器 1600 2臺2.2.3噸水消耗指標(biāo)鹽酸（31%） 0.748k液堿（40%） 1.65 k電 1.14kw原水 1.15噸2.2.4評價此流程酸堿耗量大,運行費太高,酸堿的組織運輸、貯存也很困難,對環(huán)保不利。同時再生頻繁,運行操作復(fù)雜。2.3反滲透-離子交

6、換法2.3.1基本流程原水機械過濾器活性炭過濾器精密過濾器反滲透除CO2器陽單室浮動床陰雙室浮動床陰陽混合離子交換器用戶。工藝?yán)淠航?jīng)活性炭過濾器后在除CO2器后加入。為了防止反滲透膜面結(jié)垢和調(diào)節(jié)PH值,在精密過濾器前加入六偏酸鈉和鹽酸。2.3.2主要設(shè)備選擇機械過濾器 3000 3臺活性炭過濾器 3000 3臺精密過濾器 500 2臺反滲透裝置 37.5 2套除CO2器 1000 2臺陽單室浮動床 1800 2臺陰雙室浮動床 1800 2臺陰陽混合離子交換器 1500 2臺該反滲透裝置膜元件采用進口卷式復(fù)合膜(TFC),該膜是一種新型的反滲透膜,具有不易水解,抗生物侵蝕能力強、抗膜壓密、可在

7、較低壓力下運行等優(yōu)點,能維持穩(wěn)定的脫鹽濾。2.3.3噸水消耗指標(biāo)鹽酸(31%) 0.277k燒堿(40%) 0.101k電 2.18kw水 1.46噸六偏磷酸鈉 0.01k2.3.4評價該流程利用了反滲透裝置作為預(yù)處理手段,其優(yōu)勢在于大幅度降低了原水含鹽量, 大幅度降低了酸堿耗量,并降低了運行費用,同時又從分充分利用離子交換法能深度除鹽、保正出水的特點。2.4上術(shù)三種方案的技述經(jīng)濟比較:項 目電滲析-離子交批法方案一全離子交批法方案二反滲透-離子交批法方案三一、總投資555.85萬元690萬元758.41萬元二、年運行費142.24159.2994.4其中：1.31%HCL耗量17.1319.

8、637.2615 2.100%NaOH耗量28.0862.43.8317 3.六偏磷酸鈉/2.025 4.藥品運雜費4.5217.81.3118 5.水 費27.318.112524.15 6.電 費33.3631836.897 7.人工費1085.0 8.樹脂補充費625.354.695 9.濾芯更換費/1.125 10.膜更換費15.84/8.1三、固定資產(chǎn)折舊費28.3127.6938.11四、每噸水經(jīng)濟指標(biāo)5.376.195.41由上表的經(jīng)濟比較可以看出，在同等處理水量、出水水質(zhì)情況下，反滲透-離子交換法的投資雖然比其它兩種方案稍高但運行費用低，投資回收年限短。方案一，維修工作量大，連

9、續(xù)恒量供水不穩(wěn)定，影響化工裝置產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，間接經(jīng)濟損失更大。技術(shù)方面反滲透離子交換法與其它兩種水處理方法相比有以下優(yōu)點：（1）運行操作簡便。（2）連續(xù)出水。（3）再生次數(shù)少，酸堿耗量低，對環(huán)保有利。（4）出水水質(zhì)好，能除去水中的膠體硅、有機物、細(xì)菌、病毒、熱源等。（5）設(shè)備少，需廠房面積小，維修工作量少。3. 反滲透技術(shù)及發(fā)展前景3.1反滲透脫鹽概述反滲透脫鹽是二十世紀(jì)五十年代興起的一項新技術(shù)。1953年美國開始進行反滲透的研究，1960年制成了第一張醋酸纖維素膜，1970年研制出以芳香聚酰胺為膜材料的“B-9”型種空纖維膜組件，并獲的美國化學(xué)工程最高獎。從反滲透技術(shù)在美國、日本得到迅猛

10、的發(fā)展，隨后在世界各地相繼應(yīng)用。已有數(shù)千套反滲透脫鹽裝置用與電力、電子、化工、輕工和城市用水等領(lǐng)域。我國電子、電力行業(yè)先后引進了200余套反滲透裝置，運行穩(wěn)定，出水水質(zhì)均能達到設(shè)計要求。1964年我國開始研制反滲透膜，到1987年101.6mm(4) 203.2mm（8）醋酸纖維膜卷式元件通過國家科委的鑒定，國產(chǎn)100m3/h出力的大型反滲透裝置也已在山東勝利油田稠油廠投入運行，該裝置作為國家“七五”科技攻關(guān)項目，以于1990年通過國家科委的鑒定。3.2反滲透工作原理水通過一種半透膜進入一種溶液或從一種稀溶液向一種比較濃的溶液的自然流動謂之滲透。這種對水或溶質(zhì)具有選擇透過性的膜謂之半透膜。但是

11、，在濃溶液一邊加上適當(dāng)?shù)膲毫t（下轉(zhuǎn)第82頁）（上接第148頁）可使?jié)B透停止，當(dāng)稀溶液向濃溶液的滲透停止時的壓力稱為溶液的滲透壓。反滲透則是在濃溶液一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透方向，把濃溶液的水壓到半透膜的另一邊，這和自然界的正常滲透過程相反，因次稱為反滲透。這種特制的滲透膜稱為反滲透膜。反滲透膜發(fā)展到現(xiàn)在，主要有醋酸纖維素（CA）膜、聚酰胺（PA）膜、復(fù)合膜(TFC)及OPTIMEM膜。復(fù)合膜是目前世界上性能最好，最先進的一種膜，能去除95%的Na,對鈣鎂離子可去除98%以上，對其它高價離子幾乎可以全部去除。對有機物特別是高分子化合物去除能力相當(dāng)高，具有脫鹽率高，水通量大，能

12、耗低，運行范圍寬，易清洗，使用壽命長的優(yōu)點，價格比CA膜稍高貴。而OPTIMEM膜因價格昂貴，尚未推廣到工業(yè)化應(yīng)用。對于工業(yè)用水脫鹽的反滲透器構(gòu)造主要有中空式和渦卷式兩種。中空式的優(yōu)點是：(1)單位體積中膜的表面積比率，一般可達1600030000m2/m3;(2)膜不需支撐材料，中空纖維膜本身可以受壓而不破裂。缺點是：（1）膜面去污困難，液料需進嚴(yán)格預(yù)處理。（2）中空纖維膜一旦損壞是無法更換的。渦卷式的優(yōu)點是：(1)單位體積中膜的表面積比率大；（2）壓力導(dǎo)管的設(shè)計簡單，具有撓性，安裝和更換容易，結(jié)構(gòu)可以緊密放在一起。缺點是：（1）料液含懸浮固體不適易（2）料液流動路線段；（3）壓力消耗高；（4）再循環(huán)濃縮困難。設(shè)計中究竟選用那一種結(jié)構(gòu)型式，需根據(jù)原水水質(zhì)情況，