水处理再循环模型的建立与实践

摘要：本文针对反渗透水处理系统非采暖期停止运行的现状，回顾了几种不同保养方案的选择比较和尝试，阐述了水处理再循环模型的建立思想及其意义，提出了切实可行的实施办法，有效地解决了保养过程中出现的突出问题。实践证明，水处理再循环模型的建立是经济有效可行的。水处理再循环模型的建立解决了反渗透水处理系统长时间停用保养的难题。

关键词：水处理;反渗透;停运保养;再循环

引言

2016年，按照公司发展需要，供汽系统停止发电，仅冬季采暖期运行。每年3月16日至11月15日停运保养。

反渗透水处理系统停机一周以上，就必须采取专门的膜保护措施，防止发生氧化、结垢和细菌滋生现象，避免出现膜的使用寿命缩短、产水通量下降、产水质量恶化等情况发生。

查资料显示[1]，目前国内使用的膜保护方法有三种，一种是膜壳外保护，一种是膜壳内加药保护，还有一种是间断运行保护。

膜壳外保护需要解体系统，将单支膜清洗干净后取出抽真空，需要特殊场地存放保管，使用前还要再次进行安装，调试系统，工作量比较大，所以不予考虑。

膜壳内加药保护需要2～3个月定期更换药剂，每周定期监测PH值和温度[2]。在连续运行结束后和开始前各进行一次膜的酸洗、碱洗。经过2016年的加药保护实践，发现使用该方法人员操作次数明显减少，但需要定期换药和系统冲洗，对保护药剂参数变化的监测要求较高，每年还有药剂成本，长期使用酸性的亚硫酸氢钠（PH：3.1～5.5）对膜还有潜在的伤害。由于当时反渗透膜清洗系统还是软管连接，对加药和清洗的效果都有影响。

因此在2017年采用了间断运行保护方式。在连续运行结束后和开始前各进行一次膜的酸洗、碱洗[3]。在间断运行期间，每三天按照正常制水方式运行1次。经过2017年的间断运行保护实践，发现该运行方式人员操作频率较高，对水的需求和浪费较大。8个月的间断运行消耗了约8320吨水，水的成本约2.08万元，并且间断运行生产的除盐水都排放掉了，没有加以利用。

针对这几年保养中出现的突出问题：（1）膜清洗系统存在缺陷;（2）用水量大;（3）除盐水无法利用。经过不断的理论研究，考虑系统的实际情况，本人提出并设计应用了水处理再循环模型，有效地解决了这几个突出的问题。

1 水处理再循环模型的建立

1.1 设计思路

1.1.1 一级反渗透进水源

中间水箱是二级反渗透的进水源，设计考虑将除盐水箱作为一级反渗透的进水源。这样，两套一级反渗透改为一套用工业水制水，一套用除盐水制水，即充分利用了除盐水箱的存水，解决了水源的问题，又能节约一半的用水量。

1.1.2 一级浓水回用

二级浓水现在基本上都做到了回用，设计考虑将用除盐水运行时的一级反渗透的浓水也回用。该水水质优于工业水。

通常一级浓水排放管道是直排地沟，因此设计使用固定硬质管道与清洗水箱连接，将一级浓水回流至清洗水箱。将一级反渗透洗膜进水管道作为一级浓水回用进水管道。

1.2 可行性分析

1.2.1 流量平衡

除盐水箱进水水量：30 m3/h×2=60 m3/h;

除盐水箱出水水量（即一级反渗透进水水量）：51 m3/h +15 m3/h=65 m3/h;

由此可见，系统运行后，除盐水箱进出水量基本达到平衡。

1.2.2 管道改造可行性

（1）一级反渗透前端安装有隔断阀门，可实现生水隔断功能;

（2）除盐水箱有一闲置阀门，可以作为出水口;

（3）除盐水箱与一级反渗透距离合适，可以安装连接管道;

（4）在除盐水箱与一级反渗透之间安装一个隔断阀门，可实现生水与除盐水箱的隔离切换，并防止串水;

（5）现场空间适合反渗透膜清洗固定管道的布置安装。

1.3 水处理再循环模型

综合以上设计与分析，确定水处理再循环模型包括除盐水再循环和一级浓水回用两部分。设计示意图见图一。

1.4 模型的建立

2018年3月，完成了水处理再循环改造施工方案。8月份完成施工改造。管材选用公称压力为1.6MPa的UPVC管。主要改造了三个部分。

1.4.1 更换保安过滤器

拆除双备管卡式保安过滤器，安装法兰式保安过滤器。提高安全性和可靠性。

1.4.2 改造膜清洗管道

（1）改造了二级反渗透膜清洗进水管道;由软管改造为UPVC硬管连接，增加了可靠性;

（2）改造了一级、二级反渗透的清洗浓水、纯水的进水、回水管道;由软管改造为UPVC硬管连接，增加了可靠性，实现了一级浓水的回用，实现了清洗水箱清洗时快速制备除盐水的功能;增加了冲洗浓水、纯水排放通道和阀门;

膜清洗管道改造后，提高了连续洗膜时的安全性、可靠性和稳定性，压力等级比软管有了较大提高，实现了连续洗膜;实现了一级浓水的连续循环。

1.4.3 增加除盐水箱与一级反渗透间的进水连接管道

如图一所示再循环管道，用DN100和DN150管道连通除盐水箱和一级反渗透，增加了两个DN100的蝶阀，实现了工业水与除盐水切换与隔断的功能。

2 水处理再循环模型的运行实践

经过2019年和2020年两年的运行实践，水处理再循环模型取得了明显的成果。

2.1 完善了膜清洗系统

软管连接由于压力受限，软管容易变形摆动，清洗时必须有人值守，根据压力波动不断操作，防止软管脱落酸液、碱液外流，只能间断清洗，清洗效果不是很理想。

改造后壓力等级提高到1.6MPa，实现了连续清洗，不需要人员值守，实现了快速向清洗水箱制取除盐水配备药剂，实现了清洗后快速抽排清洗水箱内的药剂，实现了冲洗快捷排放，不用再每次拆装软管。改造后缩短了整个清洗时间，原来进行一个清洗操作（如一级酸洗）需要连续12个小时，现在只需要6.5个小时，减轻了工作强度和工作量。实现连续清洗后，清洗效果明显。

目前，水处理岗位规范了《反渗透洗膜标准操作票》，完善了洗膜操作，操作人员只需要按照操作票操作阀门即可完成反渗透膜的清洗。

2.2 节约了工业用水

改造前保养运行两套一级反渗透，用水量为140 m3/h（70 m3/h×2），改造后只有一套一级反渗透用工业水运行，用水量为70 m3/h，节水50%。保养运行期间二级浓水和另一套一级浓水是与工业水合并回用到一级反渗透进水，工业用水量小于70 m3/h，节水大于50%。

据2019年用水量统计，节水约4760吨，节约水费约1.19万元。

2.3 利用了除盐水箱内的二级纯水

改造后除盐水箱内的二级纯水经过再循环管道实现了再循环，得到了充分的利用。这部分水量约在4000吨左右。

2.4 实现了用除盐水浸泡反渗透膜

按3天间断运行保养方式，系统不运行时反渗透膜应用水浸泡在膜壳内密封保存。工业水内含钙、镁等各种离子，溶解有氧气，有微量微生物，時间长容易在膜上出现垢层，对膜产生轻微氧腐蚀，滋生菌藻。用除盐水浸泡能很好地消除以上隐患。

2.5 消除了对90#泵房水泵运行的影响

两套一级反渗透同时运行时，因启动时突然产生大量出水，工业水管道会产生明显压降，影响90#泵房水泵运行压力。为此车间在2018年8月专门下发了《非采暖期反渗透系统较大负荷用水工作管理流程》，对同时启动两套反渗透时的操作与协调作了明确规定。

改造后只需要运行一套一级反渗透系统，启动时压降不明显，消除了对90#水泵运行的影响，保证了工业管网的稳定运行。

2.6 增强了锅炉连续运行的保障能力

2019年1月25日，锅炉给水硬度出现超标，达到7.0μmol/L（标准≤3.0μmol/L）。经过系统分析后判断，因反渗透膜已到使用寿命，性能开始下降，导致脱盐率下降，给水水质不合格。按要求，为防止锅炉结垢，应停止锅炉运行，更换反渗透膜，待水质合格后再启炉运行。

但是反渗透膜的采购与更换需要一定的周期;锅炉停止运行后将会影响职工的供暖。由于2018年已经完成了再循环系统的改造。于是决定启动一套一级反渗透系统进入再循环模式。再循环运行相当于将除盐水箱内的二级水作为进水重新进行了过滤，改善了整个水质。

此后的连续监测证明，锅炉给水硬度始终在合格范围内，保障了整个采暖期的锅炉运行。锅炉停炉后的汽包内部检查也没有发现白色结垢现象，效果明显，对锅炉运行起到了很好的保障作用。

3 结语

通过运行实践，证明水处理再循环模型的建立是可行的。

水处理再循环模型的建立，解决了反渗透膜的清洗问题，实现了连续清洗，缩短了清洗时间，降低了工作强度;节约了大量工业用水;消除了非采暖期对泵房水泵运行的影响;提高了8个月反渗透膜的保养效果;增强了锅炉连续运行的保障能力。

参考文献：

[1] 陶氏化学水处理事业部，反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册，2008版，126，235，238。

[2] 冯逸仙，杨世纯编著，反渗透水处理工程。北京：中国电力出版社，2000，17。

[3] 窦照英，张烽，徐平编著，反渗透水处理技术应用问答。北京：化学工业出版社，2003，2。

作者简介：刘瑞廉（1976—），男，河南新郑人，汉族，大学本科，工程师，研究方向：水处理与化学分析。

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