離子交換和反滲透能耗比較

離子交換和反滲透能耗比較由于水處理設(shè)備的工藝是根據(jù)不同的入水水質(zhì)和出水要求而設(shè)計的，針對不同的原水水質(zhì)特點而設(shè)計水處理方案才是最經(jīng)濟有效的方案，同時也是出水水質(zhì)長期穩(wěn)定達到要求的保證。除鹽處理工藝的要求是多樣的，用戶對不同技術(shù)的看法也是不同。例如有些用戶希望用反滲透技術(shù)，而有些用戶則希望用更傳統(tǒng)的技術(shù)如離子交換，另外有些用戶則以低投資為主要考慮因素。離子交換法處理有以下特點：優(yōu)點：?預(yù)處理要求簡單、工藝成熟，出水水質(zhì)穩(wěn)定、設(shè)備初期投入低；?由于制水原理類同于用酸堿置換水中離子，所以在原水低含鹽量的應(yīng)用區(qū)域運行成本較低。缺點：?由于離子交換床閥門眾多，操作復(fù)雜煩瑣；?離子交換法自動化操作難度大，投資高；?需要酸堿再生，再生廢水必須經(jīng)處理合格后排放，存在環(huán)境污染隱患；?細菌易在床層中繁殖，且離子交換樹脂會長期向純水中滲溶有機物?在含鹽量高的區(qū)域，運行成本高從80年末開始，膜法水處理在我國得到了廣泛應(yīng)用，反滲透就是除鹽處理工藝的膜法水處理工藝之一。反滲透法處理有以下特點：優(yōu)點：?反滲透技術(shù)是當今較先進、穩(wěn)定、有效的除鹽技術(shù)；?與傳統(tǒng)的水處理技術(shù)相比，膜技術(shù)具有工藝簡單、操作方便、易于自動控制、無污染、運行成本低等優(yōu)點，特別是幾種膜技術(shù)的配合使用，再輔之經(jīng)其他水處理工藝，如石英砂、活性炭吸附、脫氣、離子交換、^殺菌等?原水含鹽量較高時對運行成本影響不大?缺點：?預(yù)處理要求較高、初期投資較大本文以地下水為原水，生產(chǎn)250m3/h除鹽水（5MQ.cm）為例，就離子交換和反滲透兩種處理方法在工藝、占地方面、和運行成本作簡要比較。2工藝比較2.1離子交換法1）離子交換處理工藝流程：2）流程簡介：原水首先進入無閥濾池進行預(yù)處理直流入過濾水槽，再通過過濾水泵送水至陽床上部，在床中與強酸陽樹脂接觸，樹脂將Ca2+、Mg2+、Na+、K+、等陽離子從水中置換到樹脂上，除去陽離子后的水從塔下流出并送入脫CO2塔上部，在塔內(nèi)與塑料多面空心球接觸形成水膜，HCO3-很快分解成CO2和H2O，通過風機將CO2從塔頂吹除，從而大大減輕陰床的負荷。脫除CO2的水進入中間水池，中間水泵將水送入陰床，在床中與強堿陰樹脂接觸，樹脂將水中SO42-、Cl-、NO3-等陰離子置換到樹脂上，水中的陰離子被除去。經(jīng)一級除鹽后的水再進入混床除去少量殘存陽、陰離子和SiO3，經(jīng)混床處理制得合格的的除鹽水。交換過程中，陽床、陰床和混床因交換劑飽合而失效，這時由再生系統(tǒng)對陽床、陰床和混床進行再生。再生結(jié)束進入下一周期，再生廢水經(jīng)處理合格后外排。3）流程單元說明：預(yù)處理：無閥濾池：地下水經(jīng)采集后在無閥濾器中將濁度降低至5NTU，避免污泥在后續(xù)床層上積聚，影響樹脂交換能力。預(yù)除鹽陽床：經(jīng)陽床交換后，原水中98%的陽離子將被除掉，而變成軟水，陽床出水呈酸性。陽床運行周期一般設(shè)計為24-48小時，若要更長時間，則設(shè)備和樹脂將增大，不經(jīng)濟。在運行周期內(nèi)一般要設(shè)計小反洗，避免水流將樹脂層壓實，而影響樹脂交換能力。失效后的陽樹脂可以用鹽酸或硫酸進行再生，本例以鹽酸為再生劑。脫碳塔：一般來說地下水堿度都在100mg/l以上，所以經(jīng)陽床脫除金屬離子后，碳酸氫根轉(zhuǎn)化成大量的CO2,設(shè)置脫碳塔的目的就是將CO2去除。經(jīng)脫碳塔后的CO2含量會在5mg/l，這樣大大降低陰床的負荷。陰床：陰床的作用原理與使用要求與陽床類似，只是去的是陰離子。陰樹脂失效后選用氫氧化鈉再生。上述過程為一級除鹽水，它的電導(dǎo)率＜10us/cm，SiO2V0.2mg/l，能滿足中壓鍋爐給水要求。但是若需更高品質(zhì)除鹽水，就得在一級除鹽水的基礎(chǔ)上進行深化處理。精除鹽混床：離子交換法精除鹽的方法有二級除鹽、多級除鹽及混床除鹽。常用的經(jīng)濟有效的方法是混床除鹽。經(jīng)混床處理過的除鹽水，它的電導(dǎo)率＜0.2us/cm，SiO2＜0.01mg/l。混床失效后，需用酸堿同時對陽、陰樹脂進行再生。廢水處理廢水池：陽床、陰床和混床再生的過程都會產(chǎn)生酸堿廢水，直接外排將對環(huán)境造成污染，所以必須收集起來，經(jīng)處理合格后外排。廢水池起到收集廢水、調(diào)節(jié)廢水、中和廢水的作用。再生系統(tǒng)酸、堿貯槽和計量泵及混合器共同完成再生過程供液、計量的作用。整個工藝過程比較煩瑣的是陽床、陰床和混床再生時要多次倒換閥門，而且一般每天或間隔一天就需再生，所以操作難度大，通常須配置經(jīng)驗豐富的操作人員。若采用自動控制，則控制點多、閥門要求高，投資很大。同時酸堿耗量大，再生廢水也多。另外由于樹脂對非極性的大分子沒有去除能力，所以制水過程中可能會出現(xiàn)細菌殖生。2.2反滲法反滲透處理工藝流程：流程簡介原水經(jīng)原水泵送到石英砂過濾器降低濁度，在活性炭過器中降低COD，膠體及有機大分子的含量。活性炭出水再送至保安過濾器進行最后的預(yù)處理，使原水SDIV5mg/l,滿足反滲透(RO)主機的進水要求。經(jīng)保安過濾器后的合格水由高壓泵送至RO主機反滲透進行除鹽處理。反滲透膜截留下的有機物、膠體和鹽無機鹽由濃水側(cè)直接排掉，不會給環(huán)境造成污染。產(chǎn)品水由膜清水側(cè)送出至脫碳塔，除去滲透至清水的二氧化碳氣體。脫氣后的一級除鹽水送至混床進行最后的精除鹽。另外反滲透膜運行12-18月需進行一次化學(xué)清洗，以保證膜的透水量。流程單元說明：預(yù)處理反滲透的預(yù)處理要求比離子交換法嚴格，主要目的是解決如下問題：防止反滲透膜面結(jié)垢(包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、鐵、鋁氧化物等在膜面沉積)；防止膠體物質(zhì)及懸浮固體微粒污堵；防止有機物的污堵；防止氧化性物質(zhì)對膜的氧化破壞；保證進水水溫，保持反滲透裝置產(chǎn)水量穩(wěn)定。該過程主要包括加熱器、加藥裝置、多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、保安濾器等設(shè)備。石英砂過濾器：配制石英砂過濾器，用于截留水中的懸浮物和膠體雜質(zhì)，降低反滲透進水濁度，過濾器一般出水濁度W1NTU。當出水大于1NTU或進出口壓差大二0.01Mpa，過濾器需進行反洗。所以反洗周期及反洗時間視原水濁度而定。反洗時在進水同時送入壓縮空氣，擦洗濾料?；钚蕴窟^濾器：濾器內(nèi)裝填凈水專用顆粒活性炭，用于吸附水中余氯和有機物，降低進水COD含量，活性碳過濾器出水的余氯（PPm）＜0.1?；钚蕴窟^濾器反洗以設(shè)備運行時間（或壓差）來控制反沖洗周期。阻垢劑投加系統(tǒng)：為防止硬度離子及膠體等雜質(zhì)在反滲透膜面上結(jié)垢，特在反滲透裝置進水中添加阻垢劑，加藥量一般為3?4mg/l，具體由進水水質(zhì)決定。保安過濾器：反滲透裝置前配置保安過濾器，以防止顆粒進入高壓泵及RO膜組件，損傷高壓泵部件和劃傷反滲透膜表面.保安過濾器濾芯采用外層精度為10um，內(nèi)層精度為3-5um；這樣不僅提高了過濾精度，還提高了濾芯使用壽命。因為普通濾芯為均一精度，在外表層堵塞后，就需更換；由于內(nèi)外層精度不一，對進水不同粒徑的大小粒子進行分層截留，充分利用了濾芯的內(nèi)外表層，提高了粒子的截留效果。在正常工作條件下，濾芯可維持6-8個月以上的使用壽命，比普通濾芯壽命提高50%。當過濾器進出口壓差達到1.0Kg/cm2時需更換濾器內(nèi)濾芯。以上預(yù)處理也可采用超濾（UF）等其它膜法處理方式。一級除鹽：高壓泵：高壓泵是反滲透膜實現(xiàn)物理分離過程的動力源，目前低壓膜的運行壓力在1.5Mpa以內(nèi)。反滲透（RO）主機：反滲透（RO）主機是一級除鹽的心臟部分，由滲透膜、膜殼和輔助閥門和儀器組成。反滲透膜已發(fā)展到超低壓、低污染的復(fù)合膜，單根膜脫鹽率達99.5%。在RO裝置運行期間，設(shè)間斷自動快沖沖洗。在RO裝置停運時，用產(chǎn)品水自動沖洗，擠排膜和不銹鋼管道中的高TDS殘水，使停運膜完全浸泡在淡水中，可以防止膜的自然滲透造成的膜損傷，去污除垢，使裝置和RO膜得到有效保養(yǎng)。經(jīng)反滲透處理，原水中絕大部分無機鹽、有機物、微生物、細菌被截留。經(jīng)反滲透處理的產(chǎn)品水可達到電導(dǎo)率＜10us/cm，SiO2V0.2mg/l。反滲透裝置清洗：在長期運行過程中，反滲透膜面上總會日積月累水中存在的各種污染物。從而使裝置的性能（產(chǎn)水量和脫鹽率）下降，組件進、出口壓差升高。為此，除日常啟停裝置前，進行低壓沖洗外，還需進行定期化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗流程如下：清洗水箱一清洗泵一清洗過濾器一反滲透裝置t !反滲透法制取除鹽水是一個物理過程，所以比離子交換法環(huán)保。同時處理過程簡單，易操作，自動程度化高，人工干預(yù)量小。同時系統(tǒng)的管理與維護簡單。3、占地面積比較（以地下水為原水，生產(chǎn)250m3/h除鹽水（5MQ.cm）為例）項目離子交換法（m2）反滲透法（m2）預(yù)處理、一級除鹽部分415485精除鹽部分375315廢水處理部分400125其它445425合計16351350小結(jié)離子交換法比反滲法占地面積大，原因是離子交換法需要酸、堿再生需要酸、堿貯槽和廢水處理池4、經(jīng)濟運行比較（以地下水為原水，生產(chǎn)250m3/h除鹽水（5MQ.cm）為例）1）設(shè)備投資項目（包含土離子交換法（萬元） 反滲透法（萬元）

建）噸水投資額2.50-3.003.00-4.00總投資（250噸）625-750750-1000小結(jié)本投資為初略估算，工藝路線和自動化程度不同，投資也不一樣2）工藝酸堿、酸耗量：項目（8000h計）離子交換法（t）反滲透法（t）陽床酸平均耗量（30%計）925陰床堿平均耗量（20%計）1430混床酸平均耗量（30%計）1010混床堿平均耗量（20%計）2525噸水耗酸量（10-3kg/t）0.470.005噸水耗堿量（10-3kg/t）0.730.013小結(jié)離子交換法全年要消耗大量的酸和堿，在酸、堿貯運、樹脂再生過程中要產(chǎn)生大量的酸堿廢水，所以反滲透法在環(huán)保方面比離子交換法有更大的優(yōu)勢

3）裝機容量及運轉(zhuǎn)負荷:項目離子交換法反滲透法裝機容量（Kw.h）269.00398.00運轉(zhuǎn)負荷（Kw.h）210.50270.00噸水耗電量（Kw.h/t）0.841.08小結(jié)反滲透法比離子交換法電耗稍高4）水利用率:項目離子交換法反滲透法系統(tǒng)回收率88%75%小結(jié)由于陽床、陰床和混床再生需要水，所以整個過程原水會一定損失，據(jù)經(jīng)驗回收率在88%左右。而反滲透的回收率在75%，但反滲透濃水的只是在鹽份上較高，其濁度都比原水好。對水重復(fù)利用較好的廠家通常都將濃水引入到其它系統(tǒng)可以實現(xiàn)對很高的系統(tǒng)回收率。5）水運行成本項目離子交換法（元/噸）反滲透法（元/噸）水成本（原水按1.50元/噸計）1.50：88%=1.701.50：75%=2.14