双膜法预脱盐水处理系统设计

刘艳丽

（北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

1 项目概况

某化学品公司生产工艺需使用脱盐水，现有的脱盐水处理工艺如下：

阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→脱盐水。

现拟采用园区工业水处理厂处理后的出水，在现有离子交换前增加预脱盐工艺为基础，本方案建议采用“超滤+反渗透”双膜法预脱盐工艺，工艺流程如下：

带压工业自来水→自清洗过滤器→超滤装置→超滤产水池→增压泵→保安过滤器→高压泵→反渗透装置→除盐水池→外供水泵→用水点或后续处理工艺。

设计反渗透出力350m3/h，其中250m3/h可以直接去作为工业冷却水，100m3/h去现有离子交换系统进一步处理，以满足工艺用水以及锅炉补给水的使用要求。

图1 双膜法预脱盐工艺流程

2 方案设计基础

2.1 水质、水量

原水电导率＜1100μs/cm，总硬度＜250mg/L，总碱度＜110 mg/L，游离余氯＜0.5mg/L，进水浊度＜1NTU；

系统最终规模为：350m3/h。

2.2 设计产水水质

产水电导率：≤20μS/cm。

2.3 回收率

以15℃作为设计温度时，系统总回收率≈75%，RO回收率≈80%。

温度对反渗透的回收率影响较大，通过软件模拟计算，相同运行压力下5℃时RO产水回收率可降低至55%（即RO产水量降低至240m3/h左右），对水量影响较大，因此，冬季需要对原水进行换热，或者通过增加现有离子交换系统处理量来满足厂区整体用水量需求。

3 双膜法工艺介绍

3.1 自清洗过滤器

自清洗过滤器主要作为超滤的保安过滤器，去除泥沙、金属丝、毛发等固体污染物，是为了保护膜过滤系统，延长膜过滤的过滤周期、减少膜反冲洗次数以及膜化学清洗的次数、延长膜的使用寿命。滤网式自清洗过滤器是依靠多棱过滤技术将原水中大颗粒悬浮物、砂砾等能够对超滤膜表面造成机械划伤的杂质去除。

本系统选用不锈钢滤网全自动过滤器1台，过滤精度150μm。经过自清洗过滤器处理的水，最大限度地保证超滤系统的安全性。

3.2 超滤装置

超滤是同时进行浓缩和分离大分子或胶体物质的技术。以压力差为驱动力，液体在超滤膜表面流过时，大分子或胶体物质被截留，小分子和纯水透过膜的过程。

超滤是去除0.01～0.1μm污染物质最有效的方法之一，使用超滤不但能去除所有的悬浮物，而且还能去除部分有机物，保持超滤产水持续稳定在SDI＜3，保证反渗透的长期稳定运行。

本方案推荐采用材质为PVDF的中空纤维超滤膜，外压式设计，对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力。针对原水特点，超滤膜采用全流过滤、频繁反洗的全自动连续运行方式，其运行情况为：水、气反洗方式，水反洗周期20～60min一次，每次反洗40s，气洗周期12h一次，每次30s，反洗更彻底，膜性能恢复好，反洗用水量大大降低（本项目为产水量的5%），化学清洗周期长。化学清洗频率1～6个月（视污染情况而定），和反渗透共用一套化学清洗系统。系统采用PLC或DCS控制。

本方案设计超滤装置4套，单套处理能力110m3/h/（15℃）。

3.3 反渗透装置

反渗透亦称逆渗透，是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜或称半透膜分离出来[1]。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压，就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

考虑到本项目的水质特点、设备的节能、运行压力、膜的透过率、膜的脱盐率、出水的含盐量等因素，本项目采用美国陶氏公司的高抗污染反渗透BW30FR-400/34i，该膜较大多数28mil的商用膜元件宽流道，具有更宽的浓水网格，高达34mil，由于其流道更宽，抗污染性更强。

本除盐水处理系统设计反渗透装置共4套，单套处理能力88m3/h，脱盐率≥98%，系统回收率约75%。

3.4 加药系统

超滤和反渗透装置共用一套加药装置：

①氧化杀菌剂加药

原水进系统前投加氧化杀菌剂，避免膜生物污染。

②阻垢剂加药装置

阻垢剂加药装置在反渗透进水中加入阻垢剂，防止反渗透浓水中碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙等难溶盐浓缩后析出结垢，堵塞反渗透膜，从而损坏膜元件的应用特性，因此，在进入膜元件之前设置了阻垢剂投加装置[2]。阻垢剂可以控制碳酸盐垢、硫酸盐垢及氟化钙垢，它的主要作用是相对增加水中结垢物质的溶解性，以防止碳酸钙、硫酸钙等物质对膜的阻碍，同时它也可以降低铁离子堵塞膜的微孔。

4 投资估算及运行成本分析

投资估算约1280万元（不含水箱及土建），运行成本主要包括电费、药剂、耗材、人工等直接运行成本，运行费用约1.50元/m3。

5 该项目实施的意义

通过引入“超滤+反渗透”工艺，可以为工业冷却水提供稳定的供水，且为后续的离子交换系统提供高质量的原水。双膜法的引入，相当于增加了现有离子交换工艺的预脱盐处理，同时针对不同水质要求，增加了新的脱盐设备，对现有离子交换系统提高产水水质、延长清洗周期、延长使用寿命具有重大的意义。且双膜法的引入，使水处理工艺更加完善、灵活，可以满足不同水质、水量条件等复杂条件下的用水需求。