鍋爐水處理系統(tǒng)中反滲透裝置的設(shè)計(jì)

1、鍋爐水處理系統(tǒng)中反滲透裝置的設(shè)計(jì)江 寧（中國(guó)石化集團(tuán)南京設(shè)計(jì)院）內(nèi)容摘要 本文簡(jiǎn)要敘述了鍋爐水處理系統(tǒng)中反滲透裝置的設(shè)計(jì)關(guān) 鍵 詞 預(yù)處理、膜及結(jié)構(gòu)、清洗劑1.概述1.1引言反滲透裝置用于含鹽量高的脫鹽水系統(tǒng)中，大大延長(zhǎng)了離子交換器的再生周期，使運(yùn)行費(fèi)用得以控制，因此，廣泛用于各行業(yè)的水處理裝置中。由于本人在某總承包項(xiàng)目鍋爐水處理裝置中采用了反滲透裝置，想借此談?wù)動(dòng)嘘P(guān)反滲透裝置用于鍋爐水處理的一些體會(huì)。1.2流程：我們?cè)谝恍╁仩t水處理裝置設(shè)計(jì)中常常采用的流程如下：原水原水箱原水泵多介質(zhì)過濾器活性炭過濾器精密過濾器高壓泵膜組件中間水箱 反洗水泵 絮凝劑 壓縮空氣 阻垢劑 清洗水箱清洗泵精密過濾器

2、中間水泵進(jìn)一步除鹽 我們常把主流程中的精密過濾器以前的部分稱為反滲透裝置的預(yù)處理。2.預(yù)處理：2.1預(yù)處理的設(shè)計(jì) 在運(yùn)行一段時(shí)間后，反滲透膜元件會(huì)受到水中可能存在的懸浮物質(zhì)或有機(jī)物的污染，這些物質(zhì)中最常見的為碳酸鈣垢、硫酸鹽垢、金屬氧化物垢、硅沉積物或有機(jī)物。污染是緩慢發(fā)展的，如果不在早期采取措施，在短時(shí)間內(nèi)，會(huì)損壞膜元件的性能。所以，在反滲透之前，我們一定要進(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)然，還要對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行定期檢測(cè)，以確認(rèn)膜元件發(fā)生了什么污染，不同污染物會(huì)對(duì)膜元件造成不同程度的損害。以下就談?wù)勥@個(gè)問題。膠體及懸浮物：膠體物質(zhì)會(huì)造成膜表面污染，使顆粒物沉積；懸浮物會(huì)堵塞和損傷膜?！盎鹆Πl(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程

3、”DL/T5068-1996中對(duì)有關(guān)反滲透裝置的進(jìn)水SDI值是這樣控制的：對(duì)醋酸纖維素膜，SDI值5；對(duì)中空纖維膜，SDI值3；對(duì)復(fù)合膜，SDI值5。SDI控制值尚應(yīng)滿足膜制造商的要求。我們知道，SDI是由500ml原水最初通過0.45m過濾器所需時(shí)間,與原水在常壓下連續(xù)通過過濾器15分鐘后所需時(shí)間之比計(jì)算而得。我們這樣測(cè)得的SDI值，稱為淤泥密度指數(shù)，反映了膠體及懸浮固體的多少，通常采用多介質(zhì)過濾器和絮凝劑相結(jié)合來使得SDI值得到滿意。較高的PH值，碳酸鈣就會(huì)沉積下來。我們知道，沉淀物不僅會(huì)附著在膜的表面，而且也能滲入到膜的內(nèi)部，既加大了電阻，減少了膜的有效面積，也破壞了膜的結(jié)構(gòu)，對(duì)原水淡化

4、不利。為防止碳酸鈣垢，可使原水酸化，將碳酸鹽轉(zhuǎn)化成CO2，或在苦咸水系統(tǒng)中，使RO濃鹽水的朗格里爾指數(shù)為負(fù)值，也可在原水中添加阻垢劑或采用軟化方法降低鈣硬度，以阻止發(fā)生沉淀，來減少甚至免去酸化原水，對(duì)其它過量溶解鹽，如硫酸鈣、鋇引起的結(jié)垢，也可采用添加阻垢劑或其它方法加以解決，但要進(jìn)一步核算。生物污染可導(dǎo)致膜單位面積水速率逐步下降，通過膜的壓力和膜兩側(cè)的壓差逐步增大，膜對(duì)溶解物的透過性逐步增大，并產(chǎn)生如下影響：RO系統(tǒng)清洗與維護(hù)費(fèi)用增加；產(chǎn)水水質(zhì)變壞；膜的壽命縮短。 消除生物污染，若采用注入氯氣的方法，必須考慮膜的耐氯性能。一般進(jìn)入RO膜組件之前，原水必須先脫氯。采用活性炭過濾器就是這個(gè)原因。

5、活性炭脫氯作用并非是單純的吸附過程,同時(shí)在其表面也發(fā)生了一系列的化學(xué)反應(yīng),活性炭脫氯機(jī)理是：C+2Cl2+2H2O=4HCl+CO2, 活性炭在整個(gè)吸附脫氯過程中,只是損失少量炭,例如,用1m3的活性炭處理余氯量為4mg/L的自來水，可連續(xù)處理13.5萬m3使其余氯量小于0.01 mg/L 。(DL/T5068中對(duì)進(jìn)反滲透的游離余氯是這樣控制的：對(duì)醋酸纖維素膜，余氯量0.21mg/L(控制為0.3)；對(duì)中空纖維膜，余氯量0.1mg/L(控制為0)；對(duì)復(fù)合膜，余氯量0.1 mg/L(控制為0)。另外，活性炭有吸附有機(jī)物和膠體的作用,它的平均吸附能力為0.2kgCOD/kg炭左右, (DL/T50

6、68中對(duì)進(jìn)反滲透裝置的化學(xué)耗氧量是這樣控制的：對(duì)醋酸纖維素膜、復(fù)合膜，化學(xué)耗氧量mg /L，O2)。對(duì)新裝入的活性炭進(jìn)行酸洗和清洗,可以獲得好的出水水質(zhì)。 在正常運(yùn)行時(shí), 活性炭過濾器出水品質(zhì)一般能夠控制在2 CODM以下。2.2預(yù)處理設(shè)備： 為防止設(shè)備和管道的腐蝕使原水水質(zhì)惡化，對(duì)該設(shè)備和管道均要求防腐， 經(jīng)過混凝沉淀或澄清的原水，其濁度通常在20 mg /左右。多介質(zhì)過濾器進(jìn)水濁度應(yīng)在20 mg /L以下，這時(shí)出水濁度能夠控制在5 mg /L以下，當(dāng)其進(jìn)水濁度在10 mg /L以下時(shí)，出水濁度能夠控制在2 mg /L以下。 當(dāng)多介質(zhì)過濾器出口壓差達(dá)到一定值或SDI4，應(yīng)進(jìn)行反沖洗，并應(yīng)配有

7、空氣擦洗，以保證反洗干凈、徹底?；钚蕴窟^濾器： 為防止設(shè)備和管道的腐蝕使原水水質(zhì)惡化，對(duì)該設(shè)備和管道均要求防腐，活性炭宜選用果殼類，一般1028目?；钚蕴康氖褂脡勖话銥橐荒?，可采用監(jiān)測(cè)進(jìn)水COD的變化來監(jiān)督它是否失效。m時(shí)，可除去0.0510m的微粒。在清洗系統(tǒng)中，同樣需要它來作預(yù)處理以防將雜質(zhì)帶入RO 系統(tǒng)中。精密過濾器由不銹鋼制成，帶有聚丙烯濾芯，濾芯使用壽命一般考慮為34個(gè)月，或當(dāng)大于設(shè)定的壓差時(shí)應(yīng)當(dāng)更換。過濾器的精度、始通量均應(yīng)檢測(cè)以達(dá)到設(shè)計(jì)值。2.3 預(yù)處理方法摘要: 以上談的是鍋爐水處理常見的預(yù)處理措施,下表將是適應(yīng)較廣范圍水質(zhì)的預(yù)處理。問題初次預(yù)處理目的負(fù)面的預(yù)示第二次預(yù)處理目

8、的(1)Ca/Mg碳酸氫鹽垢(a)堿交換軟化移除：以溶解的NaHCO3置換Ca/Mg高TDS引起通漏最大800mg/L；在大于9000m3/d時(shí)太貴多價(jià)鰲合劑延緩形成沉淀的趨勢(shì)(b)石灰軟化移除：沉淀Ca及碳酸氫鹽，如CaCO3和沉淀Mg,如Mg(OH)2對(duì)小于5000 m3/d不合適多價(jià)鰲合劑或酸阻止續(xù)后沉淀(c)加酸移除：以較易溶解的氯化物或硫酸鹽代替碳酸氫鹽所需酸的困難和費(fèi)用多價(jià)鰲合劑加酸失敗的代替方案(d)加多價(jià)鰲合劑（不推薦）穩(wěn)定：延緩沉淀的生成及改變沉淀物的性質(zhì)其他方法較可靠；錯(cuò)誤的劑量，停滯的死區(qū)或錯(cuò)誤的停車方法都會(huì)引起結(jié)垢(2)硫酸鈣垢(a)堿交換移除：以溶解的NaHCO3置換

9、Ca/Mg(b)加多價(jià)鰲合劑移除：沉淀Ca及碳酸氫鹽，如CaCO3和沉淀Mg,如Mg(OH)2(3)硅垢(a)提高溫度穩(wěn)定：提高溶解度加熱費(fèi)用(b)石灰軟化移除：用CaCO3和Mg(OH)2帶走一些硅石對(duì)小于5000 m3/d不合適(4)鐵沉淀(a)氧化（鼓氣）及過濾移除：成Fe(HO)3沉淀，用過濾方法容易除去存在如H2S的其它氧化物注入酸阻止進(jìn)一步沉淀(b)除去氧化劑，如空氣或氯氣穩(wěn)定：保持鐵呈可溶的亞鐵狀態(tài)不適宜間歇操作或操作人員素質(zhì)差的場(chǎng)所注入酸阻止絮凝劑的續(xù)后沉淀(c) 注入酸穩(wěn)定：保持鐵在溶液中PH值需達(dá)近似5，所以酸費(fèi)用高(5)膠體(a)絮凝及過濾移除：引導(dǎo)膠體形成可濾去的大顆粒

10、注入酸（對(duì)某些絮凝劑）阻止絮凝劑的續(xù)后沉淀(b)堿交換軟化穩(wěn)定：阻止絮凝成溶液而被濃縮及膠體直接通過RO裝置進(jìn)入濃縮液對(duì)高TDS水不適合，它將泄漏過軟化器，導(dǎo)致軟化水總硬度大于5mg/L(6)細(xì)菌殺菌（氯氣）及過濾移除：殺滅細(xì)菌，然后沙濾除去（a） 注入偏亞硫酸氫鈉（b） 炭過濾移除會(huì)給透過器造成其它損害的氯氣(7)硫化氫(a)脫氣和加氯移除：大部分H2S作為氣體而脫除，余下的H2S氧化成硫酸鹽硬水要求在脫氣前注入酸以防止在脫氣塔填料上結(jié)垢注入偏亞硫酸氫鈉、炭過濾(b)除去氧化劑，如空氣、氯氣穩(wěn)定：存留在溶液中存在細(xì)菌或操作、維修人員素質(zhì)差透過液必須脫氣；廢料清除遠(yuǎn)離居住區(qū)該氣體危害健康(8)

11、氯或其它強(qiáng)氧化劑(a)注入偏硫酸氫鈉移除：化學(xué)破壞氯氣若注入失敗，將遭受巨大損害輔助以第二次注入安全；也輔助了膜的消毒(b)炭過濾移除：吸附氧化劑過濾器成為細(xì)菌繁殖的場(chǎng)所，須周期予以再生及更換3.高壓泵： 對(duì)于小系統(tǒng)一般選用單級(jí)高速離心泵,對(duì)于大系統(tǒng),則選用多級(jí)離心泵。盡管增大壓力會(huì)使每單位膜面積的水流量提高，但泵的選型主要在于對(duì)流速、壓力、價(jià)格和操作費(fèi)用的權(quán)衡，設(shè)定的壓力一般應(yīng)考慮到在預(yù)期最冷水溫所需壓力，再留有10左右的富裕。對(duì)于苦咸水為0.692.76 MPa，對(duì)于海水為5.52 MPa 。高壓泵的材質(zhì)采用不銹鋼制造。為防止高壓泵進(jìn)口缺水引起泵的空轉(zhuǎn)，泵進(jìn)口應(yīng)有低壓保護(hù)；同時(shí)，為防止高壓

12、泵出口壓力突高危及膜組件安全，泵出口應(yīng)有高壓保護(hù)。其保護(hù)具體為壓力開關(guān)發(fā)信號(hào)至自控系統(tǒng)并報(bào)警，泵自動(dòng)停止運(yùn)行。為防止高壓泵突然啟動(dòng)升壓產(chǎn)生對(duì)RO膜元件的高壓沖擊，破壞反滲透膜，在每套R(shí)O裝置的高壓泵出口至RO膜組件之間設(shè)置一個(gè)慢開電動(dòng)閥門，使膜元件逐漸升壓至一定壓力。4.膜的選用4.1膜的分類：醋酸纖維素膜：化學(xué)穩(wěn)定性差，在運(yùn)轉(zhuǎn)期會(huì)發(fā)生水解，一般應(yīng)在530及值46.5下連續(xù)運(yùn)行。該膜會(huì)被生物侵蝕。但由于它具有可以連續(xù)暴露在低含氯量環(huán)境下的能力，所以也可以消除生物侵蝕。因?yàn)樵撃さ姆€(wěn)定性差，隨運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，膜的截流率會(huì)下降。醋酸纖維素膜常用于SDI高的廢水處理及飲用水純化。芳香聚酰胺膜：化學(xué)穩(wěn)定

13、性好，能在530及值411間連續(xù)運(yùn)行，但原水需脫氯。芳香聚酰胺膜常用于高TDS的原水，如有許多用于海水井及高TDS的地下水處理。有較大的化學(xué)穩(wěn)定性，在中等壓力下運(yùn)行就具有高的水通量、鹽截流率、抗生物的侵蝕能力，能在040及值212間連續(xù)操作，但原水需脫氯和其它氧化物。薄膜復(fù)合膜是高純系統(tǒng)的首選膜，常被用于任何大的RO系統(tǒng)。選擇膜必須考慮的因素是：膜的水通量、鹽截流率、耐氯和其它氧化物的能力、抗生物侵蝕能力、抗膠體與懸浮物的污染能力、機(jī)械強(qiáng)度的高低（影響到是否耐高壓）、化學(xué)穩(wěn)定性、相適應(yīng)的操作溫度范圍、相適應(yīng)的值范圍，當(dāng)然也要考慮價(jià)格。4.2膜的結(jié)構(gòu)螺旋卷式：螺旋卷式裝置是由膜產(chǎn)品水側(cè)的多孔支撐

14、材料膜原水鹽水隔網(wǎng)等依次迭合，組成一葉，二或多葉膜與開孔的聚氯乙烯或聚丙烯中心透過液管卷繞而成，鹽水經(jīng)隔網(wǎng)通過膜呈螺旋狀向內(nèi)流動(dòng)，經(jīng)中心管上的孔進(jìn)入中心管，并排出。其結(jié)構(gòu)適用于醋酸纖維素膜和薄膜復(fù)合膜。螺旋卷式由于進(jìn)水流道較敞開，故較抗污染，且清洗容易，更換也方便。膜材料適應(yīng)性好，制造廠多，但具有產(chǎn)生濃差極化的趨勢(shì)，多單元中，對(duì)個(gè)別單元的檢修困難。中空纖維式：把中空纖維束定向平行放置于開孔的中心管上，鹽水從中心管一端導(dǎo)入，沿整個(gè)長(zhǎng)度分配，徑向向外流過纖維的外側(cè)，淡水由另一端引出。纖維外徑為50200m，內(nèi)徑為2542m。其結(jié)構(gòu)適用于芳香聚酰胺膜。中空纖維式易檢修，纖維束的更換方便，但對(duì)膠體與懸

15、浮物的污染較難適應(yīng)，且制造廠家與膜材料有限。4.3膜的性能要求：膜應(yīng)具備的特性是：耐高壓、無內(nèi)漏和外漏、易清洗、淡水側(cè)和鹽水側(cè)的壓力降最小、材料的抗腐蝕性能強(qiáng)。4.4膜組件設(shè)計(jì)：大多數(shù)情況下，我們不能簡(jiǎn)單地運(yùn)用一組膜元件產(chǎn)水一噸的經(jīng)驗(yàn)，而需要使用膜制造商提供的軟件計(jì)算出膜組件的運(yùn)行數(shù)據(jù)，來選擇合理的排列方式，否則會(huì)出現(xiàn)該系統(tǒng)下某個(gè)膜組件的能力超限的情況。5.RO清洗裝置（化學(xué)清洗）：5.1清洗指標(biāo)：以下情況表示膜應(yīng)當(dāng)進(jìn)行清洗：A.在正常壓力下，產(chǎn)品水流量下降了10B.為維持正常的產(chǎn)品水流量，給水壓力增加了10C.產(chǎn)品水質(zhì)降低了10，鹽透過率增加了10D.RO各段間的壓差增加明顯膜的清洗通常要求

16、每半年一次。但是，膜的清洗液的值必須控制在與膜相適應(yīng)的范圍內(nèi)。5.2清洗劑無論選用什么清洗劑，均應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)呐浔确绞絹磉M(jìn)行，為此，要查閱有關(guān)膜的說明。5.2.1檸檬酸鹽它是碳酸鹽和鐵基垢的有效的沉積物去除劑。5.2.2堿(常用NaOH)使沉淀物松動(dòng)、乳化和分散，對(duì)濕潤(rùn)油、脂、污穢物和生物物質(zhì)，與表面活性劑一起作為脫垢劑；對(duì)硅酸鹽等難除物質(zhì)，通常與酸清洗劑一起交替使用。鰲合劑主要有EDTA和檸檬酸等。EDTA 較檸檬酸有更強(qiáng)的鰲合能力，常用于溶解堿土金屬硫酸鹽。滅菌劑甲醛、亞硫酸氫鈉和亞硫酸氫鈉/甘油溶液作為消毒劑是有效的，并且不具備氧化性能，與膜能很好的相容。如果使用過氧化氫或過氧化氫與乙酸的混合液作殺菌劑，注意在給水中不應(yīng)含有過渡金屬(e,Mn）,否則會(huì)使膜表面氧化，從而造成膜元件的降解。在殺菌液中，過氧化氫濃度不超過0.2，不應(yīng)將過氧化氫用作膜元件長(zhǎng)期停運(yùn)時(shí)的保護(hù)液，在使用中，水溫不超過25。其它硅垢：對(duì)于不是與金屬氧化物或有機(jī)物共生的硅垢，一般只有通過專門的清洗方法，才能將它們?nèi)コ@只有與膜的制造公司聯(lián)系。嚴(yán)重有機(jī)污染物（如微生物粘泥或霉斑）：可使用三聚磷酸鈉加十二烷基苯磺酸鈉去除。為防止再繁殖，可用適當(dāng)?shù)臍⒕芤?，在系統(tǒng)中循環(huán)浸泡?？赡苄枰荛L(zhǎng)時(shí)間。6.結(jié)論：預(yù)處理是反滲透裝置運(yùn)行好壞的基本保證，高壓泵與