反滲透給水預(yù)處理工藝的選擇

反滲透給水預(yù)處理工藝的選擇

上海焦化廠1號(hào)工程的第二個(gè)儲(chǔ)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為300噸/h。采用mf、a和ro、w的處理順序（如圖1所示），2007年7月開(kāi)始生產(chǎn)。原水系由黃浦江經(jīng)工業(yè)水廠混凝沉淀過(guò)濾后進(jìn)入除鹽水站。預(yù)處理系統(tǒng)中多介質(zhì)過(guò)濾器采用直流過(guò)濾的形式,每臺(tái)正常出力為55m3/h,總處理量440m3/h,正常濾速小于6m/h,用于去除懸浮物及機(jī)械雜質(zhì)。活性炭過(guò)濾器正常出力為55m3/h,總處理量440m3/h,正常濾速約7m/h,用于去除有機(jī)物。反滲透系統(tǒng)采用雙級(jí)反滲透脫鹽的工藝,一級(jí)反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)水量360m3/h,使用28支8英寸抗污染膜,按第一段和第二段18∶10排列組成。設(shè)計(jì)脫鹽率≥97%,回收率75%。二級(jí)反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為330m3/h,由16支8英寸反滲透膜,按第一段和第二段12∶4排列組成,設(shè)計(jì)系統(tǒng)回收率90%。二級(jí)反滲透產(chǎn)水經(jīng)過(guò)中間水泵進(jìn)入混床,利用陰陽(yáng)樹(shù)脂的置換作用,深度脫除水中的陰、陽(yáng)離子、CO2和SiO2。單臺(tái)出力為170m3/h,系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo)率小于0.2μs/cm。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)預(yù)處理采用聚合氯化鋁(PAC)作為絮凝劑,聚丙烯酰胺作為助凝劑(PAM),次氯酸鈉作為殺菌劑。反滲透阻垢劑選用Flocon135,在反滲透給水管道中加人一定量亞硫酸鈉作為還原劑來(lái)消除反滲透進(jìn)水中的殘留余氯。1系統(tǒng)運(yùn)行和問(wèn)題總結(jié)1.1風(fēng)速20mn除鹽水系統(tǒng)預(yù)處理出水控制指標(biāo):氧化還原電位ORP值應(yīng)控制在100~300mV,污染指數(shù)SDI15<5,濁度<1NTU,余氯<0.1mg/L。殺菌劑加入量約為25mg/L,PAC加入量為12~14mg/L,PAM加入量為0.6mg/L,阻垢劑加人量為2~4mg/L。1.2plc控制裝置控制系統(tǒng)采用“PLC+上位機(jī)”實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。工藝運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)、泵的過(guò)載及高低壓報(bào)警等信號(hào)(4~20mA)可發(fā)送至程控系統(tǒng)(PLC),系統(tǒng)正常運(yùn)行、再生、沖洗、清洗以及系統(tǒng)的所有保護(hù)等均由PLC控制,通過(guò)上位機(jī)對(duì)其進(jìn)行全面監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)就地和控制室內(nèi)控制。1.3運(yùn)行中的問(wèn)題1.3.1濾芯的篩選該除鹽水系統(tǒng)投入使用后發(fā)現(xiàn)保安過(guò)濾器濾芯更換頻繁,濾芯使用率低,運(yùn)行成本高。打開(kāi)保安過(guò)濾器發(fā)現(xiàn)濾芯表層附著一層黏性黃黑色物質(zhì),呈松軟狀態(tài),阻礙了水透過(guò)濾芯進(jìn)入反滲透裝置。原先為了提高濾芯納污量,提高使用壽命,特地選取了一批結(jié)構(gòu)較疏松、納污量較大的濾芯替代原有的精密濾芯。通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行觀察發(fā)現(xiàn),濾芯使用壽命較原先僅提高了一天,濾芯截留率不理想,影響反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行。1.3.2化學(xué)清洗不及時(shí)反滲透裝置自投入使用后,系統(tǒng)污堵較嚴(yán)重,壓差上升明顯,如圖2所示。2008年1月份起,每個(gè)月都需對(duì)一級(jí)反滲透裝置進(jìn)行化學(xué)清洗,影響生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行,并且脫鹽率不足95%,經(jīng)化學(xué)清洗無(wú)法有效恢復(fù)。初步判斷反滲透膜已受有機(jī)物污染及機(jī)械損傷。打開(kāi)反滲透設(shè)備后發(fā)現(xiàn)膜表面有石英砂,膜內(nèi)部出現(xiàn)機(jī)械劃傷并且濃水隔網(wǎng)沖出,造成脫鹽率下降。2問(wèn)題分析2.1有機(jī)物的去除有機(jī)物污染(如圖3所示)是目前讓反滲透行業(yè)最頭痛也最難于解決的問(wèn)題,它不僅會(huì)導(dǎo)致反滲透膜性能快速衰退,使反滲透膜的脫鹽率、產(chǎn)水率快速、大幅降低,而且被有機(jī)物污染后的膜很難清洗干凈,幾乎不可逆。作為反滲透系統(tǒng)給水,其CODMn應(yīng)小于3mg/L,進(jìn)入反滲透裝置前更應(yīng)降到1.5mg/L以下。這主要是因?yàn)樗w中有機(jī)物的組成復(fù)雜,包含了腐殖酸、單寧酸、菌藻微生物的分解物以及不被氧化劑氧化的物質(zhì)等。CODMn作為反映水體中化學(xué)需氧量的指標(biāo)反映了水體中能被氧化劑氧化的物質(zhì)以及被細(xì)菌藻類作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有機(jī)物的含量。CODMn在水中呈懸浮、膠體、溶解三種形態(tài),前兩種形態(tài)的有機(jī)物可通過(guò)過(guò)濾去除或降低,而溶解性的有機(jī)物如不用其他去除方式則會(huì)存在于整個(gè)預(yù)處理系統(tǒng)中,特別是腐殖酸是細(xì)菌生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源,易導(dǎo)致系統(tǒng)中細(xì)菌的滋長(zhǎng)。而單寧酸則易吸附于膜表面,是強(qiáng)污染物。因此去除水體中的有機(jī)物對(duì)反滲透預(yù)處理的主要任務(wù)之一。表1為原水質(zhì)分析結(jié)果。經(jīng)取樣分析,原水中CODMn含量為11~28mg/L,懸浮性的固體物僅占總固體物的5%~6%左右,而溶解性的固體物占94%~95%。從濁度上來(lái)看,除卻個(gè)別月份,平均值僅在2.0NTU上下,而對(duì)SDI(水體污堵指數(shù))的測(cè)定結(jié)果也小于5。說(shuō)明在水體中,溶解性的有機(jī)物占了絕大部分。預(yù)處理系統(tǒng)中活性炭過(guò)濾器對(duì)有機(jī)物的去除能力較差,通常為50%。其結(jié)果導(dǎo)致有機(jī)物隨著水體流動(dòng),細(xì)菌也在系統(tǒng)中逐漸增長(zhǎng),由于反滲透進(jìn)水要求25℃左右恒溫,較適合細(xì)菌生長(zhǎng),因此當(dāng)水體通過(guò)保安過(guò)濾器時(shí),細(xì)菌及其分解物質(zhì)便逐漸吸附在致密的熔噴濾芯表面形成沉積或凝膠層,增加透過(guò)阻力,而阻力的增加又進(jìn)一步加速沉積層的增厚。濾芯表面凝膠層則會(huì)使得更小尺寸的污染物被截留,進(jìn)一步堵塞過(guò)濾通道。如此循環(huán)導(dǎo)致濾芯失效快,水通量迅速下降。這一點(diǎn)從通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)更換下的濾芯表層結(jié)殼而內(nèi)部幾乎沒(méi)有污染上得到了證實(shí)。2.2活性炭過(guò)濾器反洗效果分析經(jīng)工業(yè)水廠處理后的原水中仍有近6%的懸浮性固體物和大量的膠體。這些物質(zhì)從原水箱經(jīng)泵打出后在管道混合器中與絮凝劑及助凝劑混合,生成絮狀物,然后被多介質(zhì)去除?；钚蕴窟^(guò)濾器主要起去除余氯的作用,但是對(duì)水體中剩余的小分子有機(jī)物仍有部分吸附能力。經(jīng)過(guò)三年的運(yùn)行而不更換濾料,這兩種機(jī)械過(guò)濾器底層濾料累計(jì)了大量的有機(jī)物及泥沙無(wú)法通過(guò)反洗徹底去除,細(xì)菌在其中迅速生長(zhǎng),而其分泌出的有機(jī)物又粘連在濾料上,進(jìn)一步影響反洗效果。由于活性炭過(guò)濾器去除有機(jī)物靠吸附,而不是靠過(guò)濾,因此在反洗效果上比多介質(zhì)過(guò)濾器更差。根據(jù)取樣分析,在運(yùn)行中的活性炭過(guò)濾器平均170g石英砂承托層中含固體沉積物1g(烘干),整臺(tái)罐體中沉積物含量在700~880kg之間。由于活性碳過(guò)濾器后面便是保安過(guò)濾器,從承托層被水流沖刷帶走的有機(jī)物直接附著到保安過(guò)濾器或反滲透膜上,進(jìn)一步影響系統(tǒng)運(yùn)行。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題分析2.3.1回用均壓過(guò)濾器和余氯原設(shè)計(jì)的加藥系統(tǒng)流程(圖1)為NaClO(氧化性殺菌劑)、絮凝劑、助凝劑一起加入原水箱后的管道混合器經(jīng)混合后進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)。由于殺菌劑添加量不夠及原水中CODMn較高,因此水體中余氯含量偏低(表3),殺菌效果不佳。并且從管道混凝器到保安過(guò)濾器的距離最大距離僅為120m,按照設(shè)計(jì)流速1.7m/s算,氧化劑在預(yù)處理系統(tǒng)中最多停留70s的時(shí)間,殺菌作用時(shí)間也不充分。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)次氯酸鈉殺菌作用時(shí)間對(duì)于地表水應(yīng)在30min,余氯需保持在1~6mg/L。表2為出口余氯濃度。2.3.2透裝置制水量保安過(guò)濾器設(shè)計(jì)處理能力150t/h,單個(gè)保安過(guò)濾器安裝濾芯57根,每套反滲透裝置對(duì)應(yīng)一臺(tái)保安過(guò)濾器,單根精密濾芯負(fù)荷在2.5~3t/h之間。根據(jù)對(duì)其他使用反滲透系統(tǒng)單位的考察,一般控制單根濾芯制水量在1.0~1.6t/h之間。由此設(shè)計(jì)能力不足,單位面積過(guò)水量太大也是造成保安過(guò)濾器濾芯壽命過(guò)短的原因。3系統(tǒng)的調(diào)整和改進(jìn)3.1次氯酸鈉投加量控制針對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)中余氯濃度不足以及停留時(shí)間較短的問(wèn)題,首先對(duì)加藥系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。將次氯酸鈉加藥點(diǎn)改至原水箱進(jìn)水口處,使殺菌劑隨原水進(jìn)入原水箱,并根據(jù)原水流量控制次氯酸鈉投加濃度,使得原水箱中余氯的濃度保持在2.0mg/L左右。圖4為改造后的加藥系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)改造的加藥系統(tǒng)將次氯酸鈉直接加入原水箱中,使其在水體中停留的時(shí)間增加到了約1h,而對(duì)整個(gè)水箱中的余氯檢測(cè)值皆維持在1.5~2.0mg/L左右證明殺菌劑與水體充分混合。經(jīng)過(guò)此項(xiàng)改造,對(duì)CODMn及微生物的去除效果較原先的工藝流程效果更明顯。3.2定期更換濾料定期對(duì)10臺(tái)多介質(zhì)過(guò)濾器及活性碳過(guò)濾器的濾料進(jìn)行更換,并對(duì)設(shè)備內(nèi)壁進(jìn)行了沖洗,去除殘留的有機(jī)物,避免二次污染。3.3保安過(guò)濾器的濾芯設(shè)計(jì)在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上,在一套一級(jí)反滲透裝置前的保安過(guò)濾器再并聯(lián)一套保安過(guò)濾器,將單根濾芯水通量減為1.5t/h。并通過(guò)對(duì)現(xiàn)有精密濾芯的考察分析后,選擇卷式濾芯作為保安過(guò)濾器的濾芯。其中間采用擁有特殊的承壓結(jié)構(gòu)的硬塑料作為骨架,大大增加了單根濾芯的耐壓能力。與普通熔噴濾芯采用旋轉(zhuǎn)纏繞噴絲的工藝不同,卷式濾芯使用整張精度一致的PP棉作為材料進(jìn)行卷制,并且不同的層數(shù)由過(guò)濾精度不同的PP棉進(jìn)行卷制,保證整根濾芯的過(guò)濾精度沿徑向由外至內(nèi)呈倒階梯狀分布,具有高納污量和表面堵塞較慢的性能,大于10μm的顆粒截流率達(dá)到95%,小于5μm的顆粒截流率在53%。改造后單套反滲透運(yùn)行記錄如表3所示。4保安過(guò)濾器的使用壽命通過(guò)以上改造措施,有效的降低了反滲透系統(tǒng)中的有機(jī)物污染。各套反滲透系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,各項(xiàng)指標(biāo)正常,化學(xué)清洗周期也得到了延長(zhǎng)(