化工企業大型反滲透除鹽系統的設計方案選擇
來源：西安邦同水(shui)處理技(ji)術(shu)有限公司 閱讀(du)：5797 更(geng)新時間：2014-01-20 16:15摘(zhai)要:介(jie)紹了(le)化(hua)肥(fei)企(qi)業(ye)大(da)型(xing)反滲透(tou)系統的(de)(de)預(yu)處理系統、反滲透(tou)系統、清洗系統、控制(zhi)系統四個方面的(de)(de)設計方案選擇及注意問題，并對此進行了(le)比較詳(xiang)細的(de)(de)論述。
針對目前化肥企業鍋爐用(yong)(yong)水(shui)采(cai)用(yong)(yong)傳統(tong)的離(li)子(zi)交換法存在酸(suan)堿消耗大(da)、污染(ran)嚴重(zhong)、水(shui)質(zhi)(zhi)穩定(ding)性(xing)差、自動(dong)化程度低(di)、設備運(yun)行(xing)有(you)(you)維修費用(yong)(yong)高等缺(que)點(dian)，大(da)多數企業在水(shui)處理系(xi)統(tong)改造時逐漸采(cai)用(yong)(yong)反(fan)滲透技(ji)術。由于化肥企業鍋爐及工藝(yi)用(yong)(yong)水(shui)具(ju)有(you)(you)用(yong)(yong)水(shui)量大(da)、水(shui)質(zhi)(zhi)要求(qiu)高、原水(shui)水(shui)質(zhi)(zhi)較差且系(xi)統(tong)投資大(da)等特點(dian)，反(fan)滲透系(xi)統(tong)設計(ji)方(fang)案是否科(ke)學合理將(jiang)會直接影響到系(xi)統(tong)的安全、經濟、平穩、可靠運(yun)行(xing)。
1．0預處理系統設計
反(fan)滲透系(xi)統能否安全(quan)有效運行，預處(chu)理(li)(li)系(xi)統的(de)設計是否合理(li)(li)至關(guan)重要(yao)。一(yi)般(ban)而(er)言，地(di)下水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)含鹽(yan)(yan)量(liang)大、水(shui)(shui)質(zhi)穩定(ding)，污染指數SDI低，微生(sheng)物(wu)(wu)含量(liang)低，預處(chu)理(li)(li)較(jiao)為簡單，但需加(jia)強原(yuan)水(shui)(shui)阻垢處(chu)理(li)(li)。地(di)表(biao)水(shui)(shui)含鹽(yan)(yan)量(liang)低但水(shui)(shui)質(zhi)不穩定(ding)，隨(sui)季節(jie)變化大，懸浮物(wu)(wu)、膠體、有機物(wu)(wu)和微生(sheng)物(wu)(wu)含量(liang)高(gao)，SDI高(gao)，極易(yi)產生(sheng)膜的(de)污堵，對它的(de)預處(chu)理(li)(li)要(yao)比地(di)下水(shui)(shui)復雜的(de)多。
設計者應(ying)根據用(yong)戶(hu)提供的(de)水源(yuan)常規分析(xi)項(xiang)目水中的(de)各類陰、陽離子）及綜(zong)合(he)(he)分析(xi)項(xiang)目（SDI、濁度、BOD、COD）指標(biao)來確(que)定合(he)(he)理的(de)預處(chu)理方案。
設計(ji)多介質過濾(lv)器時地表(biao)水(shui)應(ying)確保濾(lv)速(su)小于10m/h，地下(xia)水(shui)水(shui)質較好(hao)時可控制在(zai)15m/h以下(xia)。
處(chu)理還(huan)原態井水中(zhong)的二價鐵(tie)，通常采用的方法是曝氣法和錳砂過濾(lv)除(chu)鐵(tie)法。
使用市(shi)政自來水(shui)作為(wei)原水(shui)時要特別注(zhu)意游離氯(lv)(lv)的(de)含(han)量(liang)，當(dang)游離氯(lv)(lv)的(de)含(han)量(liang)大于0.1mg/L時應進行脫氯(lv)(lv)處理，余(yu)氯(lv)(lv)可以通過活(huo)性(xing)炭(tan)或化學還原劑還原為(wei)無害的(de)氯(lv)(lv)離子，一般在小(xiao)型(xing)系統中采用活(huo)性(xing)炭(tan)法(fa)，而在大型(xing)系統中通常(chang)采用化學還原劑法(fa)。
活性(xing)炭(tan)脫氯的(de)反應過(guo)程如下(xia)：
C+2CI2+2H2O4HCI+CO2
在(zai)有些情況下，炭床(chuang)被可能成為微生(sheng)物的(de)滋(zi)生(sheng)場所(suo)，微生(sheng)物也會(hui)引起(qi)膜的(de)污染，所(suo)以還(huan)需要采(cai)取(qu)措(cuo)施降低微生(sheng)物的(de)生(sheng)長。
偏亞硫(liu)酸(suan)鈉（SMBS）是(shi)最常用于脫除游離氯的還原(yuan)劑，其它的還原(yuan)劑如二(er)氧化硫(liu)，但(dan)與(yu)SMBS相比，價(jia)格沒有競爭(zheng)力。偏亞硫(liu)酸(suan)鈉（SMBS）溶于水時形(xing)成(cheng)亞硫(liu)酸(suan)鈉（SBS）：
Na2S2O5+H2O2NaHSO3
然(ran)后SBS按如(ru)下(xia)反應還原(yuan)成鹽酸：
NaHSO3+HOCI=HCI+NaHSO4
SMBS雖然脫氯速度很快(kuai)，為了保證完全反應，推薦使(shi)(shi)用表態(tai)混合(he)器，以(yi)使(shi)(shi)溶液充分混合(he)均勻。
為了安(an)全起(qi)見還應在混(hun)合下游安(an)裝(zhuang)氧化還原(yuan)電極(ji)(ji)（ORP）檢(jian)測氯的含量(liang)，當檢(jian)測到余氯時，電極(ji)(ji)信(xin)號將激活報警(jing)并停止高壓泵。
針對一些水(shui)質較差(cha)的(de)地表水(shui)，應考慮(lv)采用超(chao)濾（UF）作(zuo)為預處(chu)理(li)，超(chao)濾能夠有效地去除水(shui)中的(de)懸浮物、膠體、有機大(da)分子、細菌、微生物等雜質，經超(chao)濾處(chu)理(li)后(hou)水(shui)的(de)SDI<1,但超(chao)濾(UF)裝置(zhi)投(tou)資較大(da),操作(zuo)維(wei)護(hu)較復雜。
進水(shui)來(lai)自(zi)經混凝、澄(cheng)清處理(li)后(hou)的(de)(de)地表水(shui)，水(shui)溫(wen)隨季(ji)節(jie)變(bian)化較(jiao)大，而反滲(shen)透(tou)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)產水(shui)量受水(shui)溫(wen)的(de)(de)變(bian)化影響(xiang)較(jiao)大，在(zai)(zai)壓力恒定(ding)的(de)(de)條件下，水(shui)溫(wen)每變(bian)化1℃，其產水(shui)量大致增減2.7%；為了(le)彌補因(yin)冬季(ji)水(shui)溫(wen)較(jiao)低(di)而致使(shi)反滲(shen)透(tou)系(xi)統(tong)(tong)產水(shui)水(shui)量下降(jiang)的(de)(de)情況，同時(shi)考(kao)慮(lv)運行成本，應考(kao)慮(lv)采用熱(re)交換器將原水(shui)加(jia)熱(re)使(shi)其維持在(zai)(zai)20℃左(zuo)右。如暫時(shi)無換熱(re)條件，在(zai)(zai)設計反滲(shen)透(tou)系(xi)統(tong)(tong)時(shi)應特(te)別注意溫(wen)度這一因(yin)素。
為了防止在(zai)反滲透膜濃水(shui)側溶(rong)解性物(wu)質因不(bu)斷濃縮達到過飽和狀(zhuang)態而析出(chu)（結垢），在(zai)大(da)型系統中防止結垢的辦(ban)法通常(chang)采用添加阻垢劑(ji)。
阻垢劑的(de)(de)選型及(ji)投(tou)加量取(qu)決于(yu)原水(shui)水(shui)質(zhi)，大型系(xi)統推薦(jian)選用(yong)進口多元共(gong)聚復合(he)阻垢劑，它可以提高(gao)水(shui)中(zhong)的(de)(de)難溶物質(zhi)的(de)(de)飽和度。其作(zuo)用(yong)機理分(fen)別為：抑制析(xi)出(chu)作(zuo)用(yong)、分(fen)散作(zuo)用(yong)、晶(jing)格扭曲作(zuo)用(yong)、絡(luo)合(he)作(zuo)用(yong)。
預(yu)處理系統比較保(bao)守的(de)設計(ji)，通常(chang)能(neng)使(shi)反滲透系統運(yun)行安全、穩定(ding)，能(neng)增強對水質(zhi)變化的(de)適應性；雖然保(bao)守的(de)設計(ji)會使(shi)初期投資費用較高，但(dan)與系統穩定(ding)性及設備檢修費用相比是有價值的(de)。
設計(ji)(ji)科學、完(wan)善的(de)(de)預處理，才能(neng)保(bao)(bao)證(zheng)反滲透系(xi)統進水符合要(yao)求(qiu)，從而降低膜的(de)(de)污染，延(yan)長膜的(de)(de)使(shi)用壽命，確保(bao)(bao)產(chan)水水質穩定。反之(zhi)，如預處理達不到設計(ji)(ji)要(yao)求(qiu)，則后果十(shi)分嚴重。
2．0反滲透系統設(she)計
反滲透系統的(de)(de)設計必須(xu)綜合考慮到其(qi)運行的(de)(de)安全、穩定、技(ji)術(shu)經(jing)濟合理性、易于操作和維(wei)護、設備空間限制及(ji)環境(jing)保護等(deng)諸多方面的(de)(de)要求(qiu)。
大多(duo)數(shu)膜的(de)生產廠(chang)家為了方便(bian)用戶進行系統(tong)設計(ji)(ji)(ji)，都有自己的(de)設計(ji)(ji)(ji)軟(ruan)件，在進行系統(tong)設計(ji)(ji)(ji)時，選擇水(shui)(shui)質類(lei)型是(shi)十分重要的(de)。針對不同的(de)水(shui)(shui)質設計(ji)(ji)(ji)軟(ruan)件有不同的(de)設計(ji)(ji)(ji)邊界條件（設計(ji)(ji)(ji)報警值）。從(cong)RO/UF的(de)滲透液(SDI〈1)，到井水(shui)(shui)（SDI〈3），到軟(ruan)化(hua)地表(biao)水(shui)(shui)（SDI=3）到地表(biao)水(shui)(shui)（SDI〈5〉等(deng)，水(shui)(shui)質逐漸變差，所以其(qi)邊界條件漸趨嚴格。
大(da)型系(xi)統設(she)計(ji)時系(xi)統回(hui)收(shou)率(lv)是用戶比較關心(xin)的(de)(de)一個重要參數，回(hui)收(shou)率(lv)設(she)定太高，濃(nong)水(shui)側難(nan)溶鹽的(de)(de)濃(nong)度（濃(nong)水(shui)pH、LSI、離子強度、HCO3-、CO2、總堿(jian)度），也會相應增大(da)，這(zhe)些參數超過(guo)設(she)計(ji)報警(jing)值(zhi)(zhi)時需要調節進(jin)水(shui)PH值(zhi)(zhi)或進(jin)水(shui)中加阻垢(gou)劑(ji)。
根據生產廠家提供的反滲透膜元件的選用導(dao)則確定(ding)膜的類型及數量，在確定(ding)了壓力容(rong)器的排列方(fang)式時，通常二段排列容(rong)器比(bi)為(wei)2：1，三段排列容(rong)器比(bi)為(wei)4：2：1。
一個(ge)設(she)計(ji)模型的建立(li)往往要經過反復比較(jiao)(jiao)、修(xiu)改(gai)才(cai)能完成，經過多(duo)次調整設(she)計(ji)參數(shu)，設(she)計(ji)軟件將計(ji)算結(jie)果不斷地與邊界條(tiao)件比較(jiao)(jiao)，直到各邊界條(tiao)件均收斂，同時滿足各限制范圍要求，系統設(she)計(ji)的理論模型才(cai)算建立(li)完畢。
一個完(wan)整的設(she)(she)計(ji)計(ji)算(suan)結果(guo)包含九部分(fen)內容：1.文件(jian)頭信息；2.系(xi)(xi)統(tong)(tong)主(zhu)要參數(shu);3.各(ge)段具體參數(shu);4.系(xi)(xi)統(tong)(tong)各(ge)部分(fen)離子濃度(du);5.系(xi)(xi)統(tong)(tong)設(she)(she)計(ji)報警(jing);6.溶(rong)解度(du)報警(jing);7.結垢計(ji)算(suan)結果(guo);8.段內詳細參數(shu);9.法(fa)律說明.判斷系(xi)(xi)統(tong)(tong)設(she)(she)計(ji)是(shi)否有問題應首先查看系(xi)(xi)統(tong)(tong)設(she)(she)計(ji)和溶(rong)解度(du)有沒有報警(jing)。
反滲(shen)透(tou)系統機架不宜設計太(tai)高，一般高度應(ying)控制(zhi)在2米以下，以便(bian)于膜管及(ji)(ji)配(pei)套管閥(fa)的安裝、拆卸(xie)及(ji)(ji)維修。管閥(fa)布(bu)置(zhi)應(ying)充分考慮操作、調節及(ji)(ji)維修方便(bian)，應(ying)盡量集中布(bu)置(zhi)。
反滲透系統高(gao)壓管道通常(chang)采(cai)用不銹鋼，對于(yu)一般(ban)的苦咸(xian)水(shui)或(huo)自來水(shui)采(cai)用SS（SUS）304或(huo)1Cr18Ni9Ti(國產)，水(shui)的流(liu)速>1.5m/s。低壓管道采(cai)用鋼襯(chen)膠、ABS、U-PVC均可。
每只膜管(guan)出(chu)水(shui)端(duan)應設置取樣閥，以(yi)方(fang)便監測單支膜管(guan)水(shui)質，判斷膜的污染情況。
系統(tong)的運行狀況如流(liu)量、壓力(li)、水(shui)質必須實(shi)時(shi)監測(ce)和控(kong)制，有關儀(yi)表可分為(wei)測(ce)量儀(yi)表和控(kong)制儀(yi)表。
在線測(ce)量儀(yi)表包括：
1．流(liu)量儀表：測定濃(nong)水和產水流(liu)量。
2．壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)儀表：測定保安(an)過濾器進(jin)出(chu)口壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)，反(fan)滲(shen)透(tou)組件進(jin)出(chu)口壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)，高壓(ya)(ya)泵入(ru)口壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)，產水壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)。
3．水質儀(yi)表(biao)：測定(ding)進(jin)水SDI，進(jin)水、產(chan)水電導(dao)率，進(jin)水、產(chan)水PH，進(jin)水余氯，進(jin)水溫度。
控制儀表(biao)包括：
1．低壓(ya)開關：置于高壓(ya)泵進(jin)水端，以免高壓(ya)泵因缺水而損壞；
2．高壓(ya)開關：置于反滲透(tou)膜進水端，以(yi)免(mian)高壓(ya)造成膜元件(jian)損(sun)壞；
3．氧(yang)化還原反應(ying)（ＯＲＰ）儀：檢測進水游離氯含量(liang)；
4．高溫(wen)開(kai)關：進(jin)水(shui)側裝置，以免水(shui)溫(wen)過高造成(cheng)膜(mo)元件損壞；
5．電(dian)導率開關：產水側設置，產水電(dian)導過高則排(pai)放(fang)，以保護(hu)下游設備；
6．高(gao)、低、PH值開關；進(jin)水側裝(zhuang)置，防(fang)止(zhi)裝(zhuang)置結(jie)垢(gou)或(huo)膜水解。
還(huan)可根據實際情況增設其它測量和監測儀表(biao)。
3．0控制(zhi)系統
控制系(xi)(xi)統包(bao)括硬(ying)件(jian)系(xi)(xi)統和軟件(jian)系(xi)(xi)統。
硬件系統(tong)由現場過程儀表(biao)、液位開關(guan)、電機控制裝置、可編程控制器、觸摸屏(ping)等組成。
軟件控(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)主要(yao)是根據反滲透(tou)系統(tong)(tong)運行要(yao)求進行順序(xu)控(kong)(kong)制(zhi)和聯鎖(suo)，對于(yu)自動化程度較高(gao)的企業控(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)可與全廠DCS系統(tong)(tong)連接。
控(kong)(kong)制系統對高(gao)壓(ya)(ya)(ya)泵(beng)的(de)控(kong)(kong)制一項主要(yao)內容是防止(zhi)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)泵(beng)啟(qi)動、停止(zhi)時產生的(de)液壓(ya)(ya)(ya)沖(chong)擊。通常采用的(de)方法(fa)是在(zai)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)泵(beng)出(chu)口(kou)安裝電(dian)動慢開閥、高(gao)壓(ya)(ya)(ya)泵(beng)采用軟啟(qi)動器或變頻器控(kong)(kong)制等方法(fa)，具體采用那一種控(kong)(kong)制方式，應根據高(gao)壓(ya)(ya)(ya)泵(beng)水(shui)的(de)流(liu)量、壓(ya)(ya)(ya)力、功率等因素決定。
控(kong)制(zhi)系統(tong)的(de)另(ling)一項主(zhu)要任務反(fan)滲透(tou)(tou)膜的(de)定時(shi)沖洗(xi)，為防止反(fan)滲透(tou)(tou)系統(tong)運行一定時(shi)間(jian)后濃水側亞穩態的(de)結(jie)(jie)垢物質出現結(jie)(jie)垢，需定期以低壓、大(da)流量的(de)進(jin)水對膜進(jin)行沖洗(xi)，以保護(hu)反(fan)滲透(tou)(tou)膜。
軟件控制系統還(huan)會根(gen)據需要提供流程控制畫面、聲(sheng)光報(bao)警、運行(xing)數據檢索、報(bao)表打印、自動開關機等功(gong)能。
4．0清洗(xi)、沖洗(xi)系統
無(wu)論預處理如何徹底(di)，反(fan)滲(shen)透經過長期(qi)使(shi)用后，膜表面仍會受到結(jie)垢的污染；因此，必(bi)須在反(fan)滲(shen)透系(xi)統中設(she)計一套在線清洗(xi)（CIP）系(xi)統。
反滲透清洗系統作用是(shi)根據反滲透膜污(wu)染的(de)情況，配制一定濃度的(de)特定的(de)清洗溶液，清除反滲透膜中的(de)污(wu)染物質(zhi)，以(yi)恢(hui)復膜的(de)原有特性。
總之(zhi)，化肥企業(ye)(ye)大型反滲透(tou)系統的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計方案的(de)(de)(de)選(xuan)擇是多(duo)方面(mian)因素綜合考(kao)慮的(de)(de)(de)結果，系統設(she)(she)(she)計時既要(yao)考(kao)慮工藝(yi)的(de)(de)(de)科學(xue)性(xing)、合理(li)性(xing)、技術先進(jin)性(xing)、也要(yao)考(kao)慮設(she)(she)(she)備投(tou)資的(de)(de)(de)性(xing)價比，以(yi)節約(yue)設(she)(she)(she)備投(tou)資、降(jiang)低產水成本(ben)；而(er)且應根據企業(ye)(ye)現有的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)備條件盡量合理(li)改造現有預(yu)處理(li)設(she)(she)(she)備，減少占地面(mian)積(ji)，合理(li)而(er)已設(she)(she)(she)備，以(yi)便操作維(wei)護。
