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走在水处理设备领域前列

超滤作为反渗透进水前预处理的应用

除盐水生产工艺采用反渗透 + 一级复床离子交换工艺,其中反渗透装置的除盐量约占 95% 以上,其余盐分使用离子交换进行彻底去除,所以反渗透设备运行效果直接影响水处理装置的运行成本和劳动强度。反渗透的产水通道是膜表面微孔,微孔孔径一般在 10nm 以下,且膜表面的脱盐层很薄,一般在 0.1μm -1μm 之间,新鲜水中携带的大颗粒杂质、胶体物质、微生物等杂质很容易造成膜微孔堵塞和膜表面划伤,直接影响反渗透的运行和寿命,因此必须对反渗透进水进行预处理。原预处理系统采用的是混凝 + 过滤 + 吸附等工艺,在投加混凝剂 PAC 混凝后通过多介质过滤器、石英砂过滤器过滤,再通过活性碳过滤器吸附,供反渗透使用,出水 SDI 值能够稳定在 5 以下。2016 年 11 月开始停运原预处理系统,改为超滤装置运行,新鲜水直接进入超滤装置处理,其产水供反渗透使用,SDI 值稳定在 3 以下。

1、超滤装置的基本原理及技术优势

超滤技术是一种纳米级薄膜分离技术,是以膜内外压差为驱动力,按一定的过滤孔径对溶液中不同物理直径大小的物质进行分离的过程,分离机理主要是靠物理的筛分作用。相对于原预处理系统,超滤装置具有明显的技术优势

(1)过滤效果稳定:原预处理系统出水效果不但受到原水水质波动的影响,还易受负荷波动、混凝剂投加量、过滤器反洗等操作的影响,并且过滤器滤料的级配、过滤器内水流流动等不易体现的数据对预处理效果影响也非常明显,水质出现恶化时分析难度大,将不合格水调整合格所需调整周期长。而超滤为纯物理孔径过滤,产水水质受原水水质波动的影响甚微,自动化操作,人为影响因素小,出现水质变化原因查找方便,调整周期也就较短。

(2)能耗低:超滤运行压力一般小于 0.2MPa,无相变,无化学反应。

(3)占地面积小:超滤设备紧凑,辅助设备少,流程短;而过滤器为保证足够的反洗空间和过滤效果,设备体积大,加药、反洗等辅助设备多,占地面积大,流程较长。

(4)药剂投加少,对后期水质影响小,不存在残余药剂影响反渗透的运行的情况。

(5)过滤精度广,各种悬浮颗粒、胶体、蛋白质、微生物和大分子溶质都可被截留;操作简便,易于实现自动化;扩容简便。

2、流程改造

减少四套双介质过滤器、6 套中砂过滤器和 8 套活性炭过滤器,减少了加药装置,设备数量降低了原先的三分之一,流通管道减少到原先的八分之一,流程大大缩短。

3、效果对比

(1)药剂方面:停止投加混凝剂(PAC)和杀菌剂,减少了这些药剂的加药量。每年减少 PAC 加药量 8 吨/年,减少杀菌剂加药量 3 吨/年,节约药剂费用 8 万元。

(2)电耗:原流程生水泵停运,新流程则启运了生水增压泵。生水泵电机功率 90kw,扬程 0.5MPa,流量 400t/h,而生水增压泵电机功率 37kw,扬程 23 米,流量 400t/h。生水增压泵比生水泵电机功率减少了 53kw,再加上高压泵变频投用,节电效果非常明显。

(3)水耗:由于原预处理系统过滤器反洗采用的是反渗透浓水,可以说原预处理系统新鲜水基本无损耗。新上超滤装置采取死端过滤,不会产生浓水排放,水耗主要集中在每间隔半小时反洗一次,每次反洗 1 分钟,反洗用水为超滤产水,以及为防止大颗粒杂质对膜表面造成损伤而设置的刷式过滤器,运行 60 分钟或达到压差时进行的自清洗排放,所以回收率只有 90% 左右。为减少水耗,车间对超滤反洗水和刷式过滤器自清洗排放水进行回收, 为保证超滤反洗水回收后不会对超滤运行带来不良影响,对生水池出水浊度和超滤反洗水、新鲜水等浊度指标进行检测。笔者认为,新鲜水中所携带的杂质在超滤膜表面截留,截留的过程本身就是杂质凝聚的过程,虽然反洗时被反洗水打碎,仍有部分可被石英砂过滤器截留,再加上超滤反洗水量远远小于新鲜水进水量,通过上表的数据来看,回收超滤反洗水对生水池出水(即超滤进水)的浊度影响不大。而那些未能被石英砂过滤器截留的杂质通过超滤时,仍然会被超滤所截留,再次回到蓄水池中,蓄水池中杂质浓度会越来越高,凝聚的几率也随之提高,直径变大,通过石英砂过滤器时被滤料截留,慢慢达到动态平衡,这样超滤进水的杂质不会无限累积,稳定在一定的范围内。运行后,通过长时间(现已运行 9 个月)观察,对比超滤的跨膜压差增长程度、速度以及超滤产水水质,都未发现明显异常增长,可证明此改造成功。因此,超滤阶段的新鲜水也基本无损耗,吨除盐水的制水比耗没有变化。

(4)水质情况:超滤产水水质稳定,基本可以去除直径大于孔径(0.01-0.1μm)以上的所有杂质,出水浊度可以降到 0.2NTU 以下,而过滤出水浊度一般很难降到 2NTU 以下,通过二次混凝后,过滤出水浊度才可以小于 1。通过长时间运行,超滤产水的浊度一般在 0.15-0.17NTU,污染指数稳定在 3 以下。反渗透进水要求主要指标还有 pH、水温、游离氯、铁含量、COD 等,其他指标都在合格范围内,只有 COD 出现不合格项。 不难看出,运行超滤后 COD 明显高于原预处理系统运行时,且多次出现 COD 大于 3 的情况,主要是因为超滤无法去除或降低自来水中的 COD,而混凝和活性炭吸附能除去或降低水中的 COD。去除自来水中 COD 的办法还有氧化法,根据我厂情况,可以向超滤进水投加氧化剂来降低水中 COD,为避免氧化剂对反渗透膜造成损伤,应在超滤产水(即反渗透进水)投加还原剂,去除水中游离氯。

(5)劳动强度:超滤实现反洗自动和液位自动调节,除运行 3-6 个月一次化学清洗需要人为操作,日常运行基本可以达到无人操作,而原预处理系统几乎隔天需要配置 50kg 药剂和进行过滤器的反洗,超滤运行后,劳动强度大大降低。

(6)安全环保:超滤化学清洗药剂主要是盐酸、氢氧化钠和次氯酸钠,3-6 个月化学清洗一次,每次用水量不会超过 80 吨,与再生一次阴阳床所产生的废液量几乎相等,且清洗废液也排入污水中和池,没有增加额外的环保压力。相对而言,没有了活性炭吸附再生和滤料破碎所产生的废液、废渣,以及配置药剂所产生的粉尘、刺激性气味和腐蚀性液体对操作人员身体的危害,自动化运行减少了人为操作,降低了出现工伤的几率,安全环保压力有所减轻。

4、结语

无论从运行成本、劳动强度、安全环保等方面来看,超滤比原预处理系统有着明显的优势,对于产水水质,解决掉 COD 的问题,超滤产水水质也优于原预处理系统产水水质,对于反渗透的长周期运行和生产稳定都有积极的作用。

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