膜分离和离子交换组合技术的设计应用分析

尚恒星

摘 要：由于膜分离和离子交换组合技术在环境友好，运行成本方面相对于其他工艺系统较有优势，在石油化工项目脱盐水站设计中得到广泛的应用。反渗透膜法处理工艺在除盐上的高效、能耗低，受原水水质影响小等优点，并采用高压泵的变频拖动，以混床替代 EDI 装置等有效措施，极大地推动了此水处理工艺的应用范围。该文从工艺系统，设备选型、材料选择、控制系统、废水排放等几个方面介绍了膜分离和离子交换组合技术的设计，分析了此种工艺的特点，能够满足出水水质、环境友好、运行成本的要求。

关键词：水处理系统 膜分离和离子交换组合技术 超滤 反渗透 混床

中图分类号：TQ028.8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0120-02

常见的脱盐水站水处理方案主要有纯离子交换技术，膜分离和离子交换组合技术以及全膜法。纯离子交换技术运行中缺点较多，人员操作频繁，劳动强度大；对环境的污染大，这种水处理方式已经逐渐被淘汰。全膜法作为一种比较先进的新技术，其主要优点保证水质的连续稳定，对环境无污染，易于安装、操作和维护。但全膜法中的EDI膜成本较高。

膜分离和离子交换组合技术，主要工艺流程为超滤+反渗透（RO）+混床，从综合效能上择优搭配膜分离技术和离子交换技术， 有效地减少了废酸碱的排放，降低了水耗、电耗，使水处理工艺更趋合理，更为高效、节能和清洁。该文以某石化项目脱盐水站设计为例，对膜分离和离子交换组合技术的设计应用分析。

1 系统进水水质及工艺流程

根据全厂脱盐水负荷情况，需第一脱盐水站提供脱盐水正常量为：350.295t/h，最大量为：542.295t/h（包括PTA装置峰值用量），考虑适当的余量后脱盐水系统设计规模按500t/h，同时该项目设置两台容积为1500m3的脱盐水箱用于当PTA装置出现冲洗等间断最大负荷时调峰用。

1.1 系统进水水质

系统进水为某净水厂出水，其水质指标见表1。

1.2 工艺流程

根据产品水水质要求及脱盐水站进水水质分析，本脱盐水站采用的工艺流程如下：

自管网来的0.5MPa的新鲜（生产）水==>原水箱==>超滤供水泵==>生水加热器（冬季用）==>自清洗过滤器==>超滤装置==>超滤水箱==>反渗透供水泵==>保安过滤器==>反渗透高压水泵==>反渗透装置==>脱碳塔==>中间水箱==>中间水泵==>混合离子交换器==>脱盐水罐==>脱盐水泵==>用户

2 工艺特点

2.1 预处理系统

预处理系统主要由原水箱，超滤供水泵、自清洗过滤器、超滤系统组成。

自清洗过器设置4套，其过滤精度≤100μm，单台产水量180 t/h，采用质量可靠的叠片式过滤器。

超滤装置包括超滤设备本体、超滤反洗系统、超滤化学增强反洗、超滤的化学清洗系统等。超滤装置设置为4套，采用立式结构，每套净产水量（不含自用水）163t/h。超滤系统出水管上设有取样接口。取样点的数量和位置能有效的诊断并确定系统的运行情况。每套超滤系统出水管上设有供SDI取样的接口和取样阀门。超滤系统出水母管上设有自动总排水阀。反洗系统采用恒流量调节，设置超压保护。

通过预处理，能有效去除细小颗粒、悬浮物、微型颗粒及部分有机物。

2.2 反渗透系统

反渗透系统包括阻垢剂加药系统、还原剂加药系统、保安过滤器、反渗透高压水泵、反渗透装置、RO清洗装置、冲洗水泵等设备及相关的管道和仪表。

反渗透系统设置4套，每套净产水量为130t/h。反渗透清洗装置包括一台清洗箱、一台5μm过滤器和一台清洗泵。当RO系统发生结垢或污堵时可对RO装置进行化学清洗。为防止反渗透膜元件浓水侧结垢，在反渗透进水母管加阻垢剂，确保反渗透装置正常、稳定、长周期运行。反渗透膜采用原装进口的反渗透膜组件，确保反渗透装置安全、稳定的运行。膜设计通量按≤23 L/m2.h。规格：8x40〞。压力容器（膜壳）材质：FRP。

反渗透系统运行为全自动控制，并为此配套完整的辅助设施。反渗透系统达到指标：系统脱盐率≥97%（三年内），系统回收率为 ≥80%，对反渗透装置各段给水及浓水、产品水管上设有足够的接口及阀门，与清洗时与清洗液进出管相连。反渗透浓水排水装流量控制阀（稳流阀），以控制水的回收率。反渗透装置设有程序启停装置，停用后能自动冲洗，进水总管上设置自动冲洗水阀门。反渗透装置产品水管和浓水管设取样点，取样点的数量及位置能有效地诊断并确定系统的运行状况。每套RO产水及浓水管路设流量监测、每套产水设电导率检测、每套产水母管设置流量监测及每套反渗透装置都能够就地操作及显示，配有就地控制盘并留有远传信号接口。

2.3 混合离子交换器

精处理系统设置直径为2500mm混合离子交换器4台，3开1备。设备材质为钢衬胶，对离子交换本体上参与自动控制的阀门均为带衬里的进口阀门，阀门质量应安全可靠。气动阀应配带位置反馈装置及手操装置。混合离子交换器所用树脂采用质量可靠的混床专用树脂

混床运行失效监督有以下三项，其中任一项不满足要求，切换进入自动再生程序。再生即可以手动、又可以全自动，也可以步操作。（1）混合离子交换器出水电导率超过0.2μs/cm（2）混合离子交换器出水SiO2超过20μg/L（3）周期累计制水量超过设定值。

反渗透产水经过脱碳塔后的水在混合离子交换器中进一步处理后达到指标如下：电导率≤0.2？s/cm @25℃ （该指标为混床监督指标），总硬度～0 mg/L，SiO2≤0.02 mg/L。

2.4 控制水平

脱盐水站的控制为DCS控制+上位机显示，整个脱盐水站的操作基本上实现了自动控制。

2.4.1 温度控制

生水加热器加热系统采用温度调节阀自动调节加热蒸汽量保证出水温度维持在15℃范围内。

2.4.2 再生程序

混合离子交换器的再生是根据设备入口流量或在线电导率表和硅表执行自动再生程序（再生可以自动、手动步操作），同时在线的电导率表和硅表均设有超限报警功能。

2.4.3 反渗透系统的启停、运行程序

反渗透系统的启动、运行、冲洗、停机备用等过程均可实现自动控制。同时，RO系统还设置一块就地仪表盘和一块就地操作盘，在就地盘上可读出RO的有关工艺参数，以及能在就地操作盘上启停RO进水高压泵、及相关的自动阀门。对RO系统的重要参数如电导率、流量等均设有在线检测仪表，并设定有超限报警功能。

2.4.4 加药量的调节

各种加药量是根据管道中水的流量按比例自动加药。

2.4.5 各种水箱设有高低液位测试及超限报警功能。

2.4.6 中和系统排放

根据中和池液位高低自动启停中和水泵，同时根据中和池pH值决定是否进行排放，如果pH值不在6～9范围内，中和水泵在打循环同时自动打开酸或碱阀门调节pH值至达标排放要求后执行自动排放程序。

自动控制有关详细内容见仪表控制专业设计文件及供应商提供的有关资料。

各种水箱设有高低液位测试及超限报警功能。

3 主要设备及管道材料

3.1 主要设备

脱盐水站水处理系统主要设备见表2。

在设备布置上按主要设备及酸碱系统室内布置，大型水箱布置在室外考虑。设备布置上尽量顺工艺流程进行布置，带腐蚀性质的设备集中布置，地沟在布置上进行清污分流，清净的废水汇合后直接排入地下排水系统，有污染及腐蚀的废水汇合后流进中和池，进行中和后排放。

总占地：80.0m2×52.0m2，其中，酸碱储罐间：15m2×12m2，单层，净高8.0m；主厂房及泵房：66m2×21 m2，单层，主厂房净高8.0m，泵房净高5.0m以及其他辅助设施。

3.2 管道材料

管道材料选择，见表3。

4 运行效果

4.1 消耗指标

脱盐水站水处理系统各项消耗指标，见表4。

4.2 脱盐水站外供产品水水质

根据用户要求产品水达到的水质指标，见表5。

4.3 废水排放及中和

自清洗过滤器排水及超滤反洗水排放：折算平均连续量：正常：24 t/h最大：34 t/h，进入中和池；

反渗透浓水排放：连续排放正常：91.3 t/h最大：132 t/h，含盐废水（含盐量：1000～1850mg/l），排至地沟进入清净下水系统。

混床再生后的酸碱废水，折合20t/h，排至中和池。

中和池内的酸碱废水经中和至pH值6～9，经中和水泵排至污水系统。该排水大约每隔4～5天排放1次，每次约2～3h，泵排：100 t/h。

5 结语

该系统在运行中，能够满足设计要求，得到业主的一致认可。

参考文献

[1] 李桂兰，陈海霞，张守德，等.全膜法水处理技术制备火力发电厂锅炉补给水的应用[J].工业水处理.2013，33（3）：81-84.

[2] 樊红庆.反渗透合并混床二级除盐水技术工艺探究[J].中国高新技术企业，2013（16）：73-75.

[3] 倪玖欣.关于水处理工艺全膜法与传统离子交换的经济技术比较[J].能源与节能，2011（12）：68-69.