反滲透設(shè)備在化學(xué)水處理系統(tǒng)的應(yīng)用

本文介紹了反滲透水處理設(shè)備在通遼盛發(fā)熱電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)我廠)化學(xué)水處理系統(tǒng)中的成功應(yīng)用。我廠反滲透設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱(chēng)RO)自2006年9月調(diào)試穩(wěn)定、投入運(yùn)行，至今已運(yùn)行7年，各項(xiàng)指標(biāo)無(wú)明顯下降。本文分析總結(jié)了多年來(lái)從技術(shù)和管理兩方面入手，有效延長(zhǎng)了反滲透膜的使用壽命，長(zhǎng)期保持較高的制水經(jīng)濟(jì)性。分析膜的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和膜污堵原因，作者認(rèn)為，延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命，最主要是研究如何延緩膜污堵的發(fā)生，只有維持反滲透膜良好的通透性才能有較高的制水經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：反滲透 水處理 應(yīng)用

前言

反滲透水處理技術(shù)引進(jìn)我國(guó)已多年，以其維護(hù)量小的優(yōu)勢(shì)，在電力系統(tǒng)化學(xué)水處理中得到廣泛應(yīng)用。但反滲透設(shè)備也有其局限性，一方面優(yōu)質(zhì)的反滲透膜造價(jià)高，雖然經(jīng)過(guò)多年激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，優(yōu)質(zhì)膜的價(jià)格仍然維持在1萬(wàn)元/噸水左右。另一方面，反滲透膜在正常運(yùn)行三年后脫鹽率、回收率(也稱(chēng)產(chǎn)水率)指標(biāo)降低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差，更換新的膜元件費(fèi)用高、動(dòng)輒幾百萬(wàn)元。

我廠反滲透水處理系統(tǒng)自2006年9月投入使用，至今已運(yùn)行7年，脫鹽率、回收率無(wú)明顯下降。期間經(jīng)歷了2006--2007年供熱期反滲透設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行(2號(hào)熱網(wǎng)加熱器漏泄，為保供熱不能停運(yùn)檢修，主要靠制水設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行補(bǔ)充加熱器漏泄損失)。總結(jié)原因一是通過(guò)合理設(shè)計(jì)原水預(yù)處理系統(tǒng)保證了反滲透入口水質(zhì)，二是日常管理中嚴(yán)格監(jiān)督各項(xiàng)水質(zhì)和藥劑指標(biāo)保證了反滲透膜良好的運(yùn)行環(huán)境。

1 反滲透系統(tǒng)概述

1.1 化學(xué)水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

我廠化學(xué)水處理流程：

工業(yè)水 → 曝氣器 → 疊加式錳砂除鐵過(guò)濾器 → 弱酸陽(yáng)離子交換器 → 除碳器 → 軟化水箱 →生水加熱器 → 保安過(guò)濾器 → 反滲透 →混床 → 除鹽水箱 →鍋爐補(bǔ)水。

1.2 反滲透系統(tǒng)簡(jiǎn)介

我廠反滲透膜元件采用美國(guó)陶氏公司的BW30-400低壓復(fù)合膜元件，一級(jí)兩段8：4排列，每套72根膜元件，共288根。主要性能考核指標(biāo)見(jiàn)表一，反滲透膜元件的進(jìn)水要求見(jiàn)表二。

2 反滲透膜污堵原因分析

2.1 反滲透膜特性及工作原理

反滲透膜是基于仿生學(xué)研究的一種半透膜。半透膜是廣泛存在于自然界動(dòng)植物體器官內(nèi)的一種能夠透過(guò)水的膜。嚴(yán)格地說(shuō)，只能透過(guò)溶劑而不能透過(guò)溶質(zhì)的膜稱(chēng)為理想半透膜。工業(yè)上使用的半透膜多是高分子合成的聚合物產(chǎn)品。當(dāng)把溶劑和溶液分別置于半透膜的兩側(cè)，溶劑將自發(fā)地穿過(guò)半透膜向溶液側(cè)流動(dòng)，這種自然現(xiàn)象叫做滲透(Osmosis)。如果上述過(guò)程中溶劑是純水，溶質(zhì)是鹽分，當(dāng)用理想半透膜將它們分隔開(kāi)時(shí)，純水側(cè)的水會(huì)自發(fā)地通過(guò)半透膜流入鹽水側(cè)，鹽水的液位上升，當(dāng)上升到兩側(cè)出現(xiàn)一定壓力差后，水通過(guò)膜的凈流量為零，此時(shí)該過(guò)程達(dá)到平衡，與該液位高度差對(duì)應(yīng)的壓力稱(chēng)為滲透壓(Osmotic Pressure)。當(dāng)在半透膜的鹽水側(cè)人為施加一個(gè)大于滲透壓的壓力時(shí)，水的流向就會(huì)逆轉(zhuǎn)，鹽水中的水將流入純水側(cè)，這種現(xiàn)象叫做反滲透(Reverse Osmosis，簡(jiǎn)稱(chēng)RO)。

2.2 反滲透膜污染原因分析

膜是反滲透過(guò)程的最核心的組件。滲透和反滲透作用都是基于半透膜的通透性，一旦半透膜發(fā)生污堵，膜兩側(cè)溶劑(即純水)的流動(dòng)將逐漸減弱直至停止，此時(shí)膜的產(chǎn)水率、脫鹽率都會(huì)顯著降低，甚至快速報(bào)廢。

導(dǎo)致反滲透膜性能降低的幾種膜污染有:

(1)水中懸浮物、膠體顆粒等覆蓋和堵塞膜表面及膜內(nèi)。

(2)水中微生物、細(xì)菌繁殖產(chǎn)生的菌團(tuán)和粘膜對(duì)反滲透膜造成污堵和生物降解。

(3)水中的微溶鹽在膜表面結(jié)垢造成污堵。

(4)芳香聚酰胺膜的胺基受到氯等其它氧化性物質(zhì)的破壞。

(5)溫度和PH的影響：醋酸纖維素膜的酯基團(tuán)在高溫及強(qiáng)酸、強(qiáng)堿下水解。

3 反滲透設(shè)備管理的關(guān)鍵技術(shù)

反滲透膜的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)決定了污堵是必然發(fā)生的過(guò)程，因此，即使在嚴(yán)格遵守膜制造廠給出的各項(xiàng)入口水質(zhì)和藥劑控制指標(biāo)的前提下，各知名膜制造廠都只保證三年內(nèi)的性能指標(biāo)。我廠使用美國(guó)陶氏公司生產(chǎn)的膜元件亦是如此：在嚴(yán)格遵守陶氏公司給出的各項(xiàng)RO入口水質(zhì)和藥劑控制指標(biāo)的前提下，只保證三年內(nèi)的脫鹽率和產(chǎn)水率。因此，要延長(zhǎng)膜的使用壽命，三年后仍維持較高的制水經(jīng)濟(jì)性，工作重點(diǎn)就是研究如何延緩膜污堵的發(fā)生，使之長(zhǎng)期保持良好的通透性。

3.1 合理設(shè)計(jì)原水預(yù)處理系統(tǒng)，保證RO入口水質(zhì)

首先，合理的原水預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是保證RO進(jìn)水水質(zhì)的基本技術(shù)條件。由表三工業(yè)水源的水質(zhì)分析報(bào)告可見(jiàn)，懸浮物、膠體顆粒、微溶鹽等易導(dǎo)致膜污堵的各項(xiàng)指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)，因此，原水預(yù)處理系統(tǒng)按照常規(guī)設(shè)計(jì)多介質(zhì)過(guò)濾器，無(wú)曝氣和除鐵工藝。我們將水質(zhì)分析報(bào)告結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了深入分析，來(lái)水中鐵鋁氧化物雖然不高，但其中鐵離子占比較高、約占90%，F(xiàn)e2+、Fe3+離子形成膠體基團(tuán)，易引起RO膜的污堵，而且鐵鋁等膠體也對(duì)RO膜有不利影響，于是我們提出更改設(shè)計(jì)，建議改用曝氣+除鐵工藝，得到設(shè)計(jì)單位的認(rèn)可，將原設(shè)計(jì)的預(yù)處理系統(tǒng)多介質(zhì)過(guò)濾器修改為曝氣+除鐵過(guò)濾工藝。

曝氣+除鐵過(guò)濾工藝技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)不高、運(yùn)行費(fèi)用低廉、維護(hù)簡(jiǎn)便，可以保證以低廉的成本提高RO系統(tǒng)的使用壽命，從而降低整體制水成本。此外，在預(yù)處理階段曝氣+除鐵工藝也利于延長(zhǎng)RO后續(xù)混床除鹽系統(tǒng)陰離子交換樹(shù)脂的使用壽命(高鐵離子引起陰離子交換樹(shù)脂不可逆的污染)。

表三 水質(zhì)全分析報(bào)告單

單位：通遼熱電廠