反滲透膜在海水淡化中應(yīng)用及改進(jìn)

1、反滲透膜在海水淡化中的應(yīng)用及改進(jìn)措施的分析摘要本文章介紹和分析了反滲透膜在某海水淡化工程中的應(yīng)用及改 進(jìn)措施。該工程采用反滲透工藝作為海水淡化的主體，得到了很好的 處理效果。海水淡化總產(chǎn)水量為270m3/h，出水電導(dǎo)率小于700s/cm， 總脫鹽率可以達(dá)到99%以上?？刂茀?shù)為：反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水SDI V3, pH=6.87.3, ORP在100250之間，出水水質(zhì)穩(wěn)定，可以為后 續(xù)的處理系統(tǒng)提供穩(wěn)定的水源，極大限度的減輕了后續(xù)工藝的負(fù)荷， 并對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的出現(xiàn)的問(wèn)題提出了改進(jìn)措施。AbstractThe Applications of reverse osmosis membrane and

2、 improvement measure in seawater desalination project is introduced and analyzed in this text. reverse osmosis membrane is used in this seawater desalination project, and received the better treatment effect in the project. The product water capacity of this seawater desalination system is 270m3/h,

3、and the conductivity of fresh water is lesser than 700ps/cm, the desalting rate is greater than 99%.the control parameter is as follow: The SDI, pH and ORP of the primary RO inlet is controlled separately lesser than 3, from 6.8 to 7.3, and 100250. The product water quality of the seawater desalinat

4、ion is steady and this system is able to provided sufficient water, reduces the heavy burdens of the further system and provides the improvement measure for the problems appeared in the operation process.巴基斯坦某電站機(jī)組為1套560MW級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。電站 所需要的水源主要來(lái)自阿拉伯海的海水，故投建一海水淡化工程，為電站提供所 需要的淡水水源。海水淡化系統(tǒng)總產(chǎn)水量為270m3/

5、h，出水電導(dǎo)率在700ps/cm以 下，總脫鹽率可以達(dá)到99%以上，出水水質(zhì)穩(wěn)定，完全可以達(dá)到海水淡化的目的， 為整個(gè)廠區(qū)提供了合格的淡水水源，并且有效地降低了后續(xù)除鹽系統(tǒng)的負(fù)荷，保 證了其除鹽水水質(zhì)。一、海水淡化系統(tǒng)組成本工程采用陶氏SW30HRLE-400海水反滲透膜，共42只壓力容器，7支膜一 組，共計(jì)588支膜組件，共2套設(shè)備。其反滲透膜成分為聚酰胺類復(fù)合膜，具 有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性和抗氧化性，較長(zhǎng)的使用壽命。系統(tǒng)組成 主要包括預(yù)處理系統(tǒng)和反滲透本體系統(tǒng)。預(yù)處理系統(tǒng)主要由澄清池和UF系 統(tǒng)組成；本體系統(tǒng)主要是由反滲透RO膜組件系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)及化學(xué)清洗系 統(tǒng)組成。二、運(yùn)行效果及分

6、析1.預(yù)處理系統(tǒng)澄清池采用聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺和次氯酸鈉聯(lián)合加藥處理的方式，并充 分利用斜板斜管的作用，對(duì)進(jìn)水中的微生物，懸浮顆粒及膠體物質(zhì)進(jìn)行了有效地 分離，并及時(shí)通過(guò)排泥渣的操作來(lái)保證出水水質(zhì)穩(wěn)定。在出水中保持余氯量在 0.10.2mg/L范圍內(nèi)，防止出水中微生物的生長(zhǎng)。出水水質(zhì)良好，濁度在0.15NTU 以下。天/d圖1澄清池出水濁度變化曲線UF系統(tǒng)采用外壓式SFP膜組件，對(duì)澄清池出水進(jìn)行進(jìn)一步處理，去除細(xì)小 的懸浮顆粒，使出水滿足反滲透膜的進(jìn)水要求。運(yùn)行效果穩(wěn)定，出水濁度均在 0.060.11之間，SDI小于3。05101520253035404550天/d圖2 UF系統(tǒng)出水濁度變化

7、曲線05 02.本體系統(tǒng)運(yùn)行效果反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行效果主要通過(guò)出水電導(dǎo)率來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。一級(jí)反滲透在脫鹽 處理中起到主要作用，能量回收裝置的出水壓力高達(dá)6.5MPa，海水經(jīng)過(guò)反滲透 膜組件的處理后，出水水質(zhì)如表1所示。從表1中可以看出，海水的電導(dǎo)率非常 高，出水的電導(dǎo)率很低，表明大部分的離子得到了去除，硬度也到了有效地去除， 二者的去除率均在99%以上，到達(dá)了預(yù)期的處理效果。表1海水與反滲透出水水質(zhì)對(duì)比表電導(dǎo)率（ms/cm）硬度（mmol/L）濁度（NTU）海水406011012023反滲透出水0.70.10.1三、反滲透系統(tǒng)控制參數(shù)為了保證反滲透系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在運(yùn)行過(guò)程中要嚴(yán)格控制各種參數(shù)，具體

8、 見(jiàn)表2。表2海水淡化系統(tǒng)主要控制參數(shù)表控制參數(shù)SDI溫度余氯量ORP回收率pH進(jìn)水出水控制標(biāo)準(zhǔn)3145 C0.1mg/L10025040%6.87.388.5由表2可以看出，各種運(yùn)行參數(shù)控制均需要控制在一定的范圍內(nèi)。（1）SDI 值反滲透系統(tǒng)進(jìn)水中SDI值一直控制3以下，保證進(jìn)水無(wú)細(xì)小懸浮顆粒，系 統(tǒng)前置了 5Mm保安過(guò)濾器，對(duì)細(xì)小懸浮顆粒及雜質(zhì)進(jìn)行分離，防止RO膜的孔 徑被堵塞。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，嚴(yán)格監(jiān)控保安過(guò)濾器的進(jìn)、出口壓差變化，當(dāng)壓 差0.8bar時(shí)，及時(shí)更換濾芯，以保證反滲透進(jìn)水流量，防止高壓給水泵由于進(jìn) 水流量低而造成葉輪汽蝕，進(jìn)而防止汽化形成的氣體沖刷膜組件，造成膜組件的 損壞

9、或形成氣栓，使出水壓力升高，造成“背壓”現(xiàn)象，損壞膜組件。（2）溫度一級(jí)反滲透膜組件在運(yùn)行過(guò)程中要注意溫度對(duì)膜組件的影響。系統(tǒng)的進(jìn)水直 接來(lái)自室外的UF產(chǎn)水箱，進(jìn)水溫度直接受到季節(jié)變化的影響。當(dāng)進(jìn)水溫度較低 的情況下，水中大部分離子的溶解度會(huì)降低，而且膜孔徑的低溫狀態(tài)下會(huì)縮小， 溶解性離子隨著水通過(guò)RO膜的數(shù)量將會(huì)減小，出水電導(dǎo)率較低，使系統(tǒng)保持較 高的脫鹽率，同時(shí)所需要的反滲透壓力也較高。當(dāng)溫度較高時(shí)，脫鹽率則有所下降，其變化正如下圖所示。其出水情況如圖3圖6所示。從圖3和圖4中可以看出，1#一級(jí)反滲透膜 組件在運(yùn)行的前17天里，進(jìn)水電導(dǎo)率在4850MS/cm之間，進(jìn)水的溫度較高時(shí) （29.

10、5C以上），出水的電導(dǎo)率也較高，在400700s/cm而且波動(dòng)性較大，脫 鹽率維持在98%99%之間。當(dāng)進(jìn)水的溫度有所下降，在29.5C以下時(shí)，出水電 導(dǎo)率明顯呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)看，而脫鹽率也明顯升高，而且波動(dòng)較小，出水水質(zhì) 保持穩(wěn)定。2#一級(jí)反滲透膜組件的運(yùn)行情況如圖5和圖6所示。其運(yùn)行情況與 1#膜組件一致。99. 1099. 20 寥99. 00 謫8. 80 想98. 60 噩98. 4098. 2098. 001 3 57 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29天/d圖3 1# 級(jí)反滲透膜組件脫鹽率及溫度變化曲線800700圖I 1# 級(jí)反滲透出水電孚率及溫度變

11、化反線*-電導(dǎo)率一-溫度5600 500 5100 冷30099. 6099. 1099. 20蕙99. 0098. 2098. 0031. 5031. 0030. 5030. 0029. 5029. 0028. 5028. 001 3 57 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29天/ d800 700 5600 *500 S100 %)0 200 三100圖5 2# 級(jí)反滲透膜組件脫鹽率及溫度變化曲線9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 天/d圖6 2# 級(jí)反滲透出水電孚率及溫度變化曲線ORP進(jìn)水中ORP含量高低直接代表了氧化劑的量，澄清池和

12、UF膜組件均有次 氯酸鈉加藥處理，但進(jìn)水中的余氯量應(yīng)控制在0.1mg/L以下，保證RO膜不被余 氯所氧化。過(guò)高含量的余氯會(huì)使RO膜的酰胺鍵被氯化，破壞膜內(nèi)氫鍵，導(dǎo)致其 膜的性能下降，造成不可修復(fù)性的損傷，系統(tǒng)的脫鹽率隨之下降。ORP值通常 控制在250以下，主要通過(guò)向進(jìn)水中加入NaHSO3進(jìn)行控制。但是OPR過(guò)低， 會(huì)產(chǎn)生厭氧硫化菌的污染，故控制在100以上。pH 值在RO系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主要是控制一級(jí)RO進(jìn)水pH和出水pH，主要是通 過(guò)向進(jìn)水和出水中投加鹽酸和氫氧化鈉來(lái)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)進(jìn)水pH控制在6.87.3 之間，主要是防止結(jié)垢；出水pH控制在88.5，主要作用是在于將水中CO2全 部轉(zhuǎn)化為

13、HCO3-，有利于二級(jí)RO膜組件對(duì)水中的離子進(jìn)一步去除，提高系統(tǒng)的 除鹽率。另外，CO2本身是一種氣體，會(huì)隨透過(guò)液自由進(jìn)入RO產(chǎn)水，對(duì)后續(xù)的 除鹽系統(tǒng)造成額外的負(fù)荷，影響除鹽系統(tǒng)的除硅效果。（5）回收率回收率主要是通過(guò)系統(tǒng)的出水的濃水排放手動(dòng)閥進(jìn)行控制，系統(tǒng)的在運(yùn)行過(guò) 程中的回收率控制在38%48%之間，高于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)值。其主要原因在受到了 溫度的影響，在濃水排放手動(dòng)閥全開(kāi)的情況下，回收率依然無(wú)控制在40%左右。 當(dāng)溫度升高時(shí)，（設(shè)計(jì)參考值為25C），膜的水通量會(huì)上升，溫度每升高1攝氏 度，水通量會(huì)上升23%，由于高溫的影響，使回收率超出了其控制范圍。四、系統(tǒng)存在的問(wèn)題及改進(jìn)加藥系統(tǒng)的布置本工

14、程反滲透系統(tǒng)的加藥系統(tǒng)包括酸加藥裝置、堿加藥裝置、阻垢劑加藥裝 置和還原劑加藥裝置，與預(yù)處理的加藥裝置同在一個(gè)房間內(nèi)。同時(shí)控制加藥泵的 變頻和電源控制箱也布置在加藥間內(nèi)。由于化學(xué)藥劑具有揮發(fā)性和腐蝕性，加藥 間內(nèi)的電氣元件包括變頻器裝置均遭受到了一定程度的腐蝕，大部分變頻器在使 用半年后就損壞，不能投入使用，只能進(jìn)行更換。在加藥間采取了強(qiáng)制通風(fēng)的情 況下，情況仍未得到好轉(zhuǎn)。電氣控制箱應(yīng)該從加藥間移出，單獨(dú)放置，才能徹底 避免此類問(wèn)題的發(fā)生。能量回收裝置汽蝕本系統(tǒng)的進(jìn)水采用了渦輪增壓器（能量回收裝置）來(lái)利用濃水的水力對(duì)原水 進(jìn)行增壓。在使用過(guò)程中，為了調(diào)節(jié)回收率，將濃水排放閥調(diào)節(jié)至全開(kāi)狀態(tài)，經(jīng)

15、過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，增壓器內(nèi)的軸承出現(xiàn)了嚴(yán)重的汽蝕，其增壓作用完全消失，反 而增加的進(jìn)水管道的阻力，RO高壓給水泵的額定壓力40bar，經(jīng)過(guò)增壓器后的 壓力降為38bar，完全沒(méi)有起到增壓的作用。經(jīng)分析后，汽蝕的原因主要是濃水 排放閥門全開(kāi)導(dǎo)致大量的氣體被道吸至增壓器所致。隨后將濃水排放管道進(jìn)行了 改造，將原有垂直排放的管道改造成經(jīng)彎管改向后，流經(jīng)3米管道后在排放，并 且在濃水排放閥前加裝壓力表，保持壓力在2.5bar以上，防止排放口形成負(fù)壓造 成汽蝕。圖7能量回收裝置止推軸承圖8能量回收裝置止推軸承進(jìn)水水溫的調(diào)控本系統(tǒng)的進(jìn)水水溫主要受當(dāng)?shù)丶竟?jié)變化影響，無(wú)法進(jìn)行自主調(diào)節(jié)，在夏季溫 度較高時(shí)，系統(tǒng)回

16、收率超過(guò)了設(shè)計(jì)值的范圍。加劇了濃差極化現(xiàn)象，在膜表面造 成嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，大大縮短膜組件的使用周期和壽命。應(yīng)加強(qiáng)工作間的通風(fēng)措 施，在有條件的情況下增設(shè)空調(diào)設(shè)備，降低進(jìn)水溫度。室外水箱建設(shè)遮光設(shè)施， 避免陽(yáng)光的直射。進(jìn)水電導(dǎo)率過(guò)低系統(tǒng)的出水做為全廠的淡水水源，被用做多個(gè)分系統(tǒng)的冷卻水水源，但是設(shè) 計(jì)的回水管路連接到1#清水池，即UF的進(jìn)水池。由于1#清水池的電導(dǎo)率過(guò)低， 電導(dǎo)率在30MS/cm左右，直接導(dǎo)致RO系統(tǒng)的進(jìn)水電導(dǎo)率低于膜組件的設(shè)計(jì)值， 在相同的運(yùn)行壓力下，系統(tǒng)的回收率達(dá)到了 48%左右，通過(guò)濃水排放閥已經(jīng)無(wú)法 進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，在這種工況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，導(dǎo)致膜的使用壽命大大縮短。建議

17、將回水管連接至生活水池或消防水池等系統(tǒng)或者建立獨(dú)立的冷卻水系統(tǒng)，這樣可 以徹底避免此類問(wèn)題的發(fā)生。介于現(xiàn)場(chǎng)不具備改造的條件，通過(guò)加強(qiáng)系統(tǒng)的監(jiān)控 來(lái)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行控制。主要措施如下：1）1#清水池內(nèi)的水在系統(tǒng)處于停運(yùn)狀態(tài)時(shí)，主要用于UF膜組件及前置碟片過(guò) 濾器的沖洗；2）啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，先將1#清水池的水作為清洗水排掉再投入使用，運(yùn)行時(shí)同時(shí)使 用1#和2#清水池做為UF的進(jìn)水水源；3）在單獨(dú)使用清水池時(shí)，使用2#清水池。這幾項(xiàng)措施有效地控制了 RO膜進(jìn)水電導(dǎo)率在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，其回收率在溫度正常下控制在40%左右。五、結(jié)論本文對(duì)反滲透膜在某海水淡化工程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，該反滲透系統(tǒng)為電 站提供了質(zhì)量合格的淡水水源，系統(tǒng)出水