微污染地表水制备除盐水工程分析

梁永祥

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

除盐水作为工业企业中重要的公用物料而被广泛应用，利用自然水源，经过预处理及除盐处理来制备除盐水，是其生产制备的主要手段；在诸多除盐水制备工艺方案流程中，超滤、反渗透预处理及预除盐工艺技术，随着其不断成熟及膜产品价格逐步降低，而得到越来越多的应用；在此工艺的应用过程中针对不同水质条件，采用不同的预处理工艺，对于后续的超滤、反渗透装置的持续稳定运行起到了关键作用。本文就含藻类及细菌的微污染地表水制备除盐水的工艺流程及实际运行情况，做了针对性的分析，以期对类似水质及制备工艺提供借鉴作用。

1 工程概况

在印尼某化工项目中，采用厂区附近河流地表水作为生产水源，同时利用此生产水来制备除盐水；除盐水设计制备能力为50m3/h，主要供项目锅炉产蒸汽及硫酸装置用水。

生产原水水质如下(业主提供)：TDS≤220mg/L；浊度为10NTU；SS为4mg/L；温度为32℃；CODcr为25mg/L。

除盐水水质要求如下：电导率≤0.2μs/cm；SiO2≤20μg/L。

2 工艺流程及说明

本项目除盐水制备采用的工艺流程如下：生产原水→多介质过滤器→滤后水箱→超滤→超滤产水箱→保安过滤器→反渗透→脱碳器→淡水池→混合离子交换器→除盐水箱→外送用户。

生产原水先经过多介质过滤器去除水中的颗粒性杂质、胶体等物质，降低水的浊度；经过多介质过滤预处理后的生产水，再进入超滤进一步去除水中的细微杂质及部分有机物质，出水进入超滤水箱。超滤装置的滤后水经反渗透给水泵提升进入管道混合器，与酸投加装置送来的酸、阻垢剂投加装置送来的阻垢剂、还原剂投加装置送来的还原剂进行混合反应，以调整pH值、还原多余的氧化剂及进行阻垢稳定处理。

与药剂充分混合后的超滤产水进入保安过滤器，除去直径5μm及以上颗粒，出水经高压泵注入反渗透预除盐装置去除水中的离子，反渗透出水自流进入脱碳器，去除水中的CO2后进入淡水池，再由淡水泵提升至混合离子交换器，进一步除去水中剩余的离子，处理后满足水质要求的除盐水进入除盐水箱，再由除盐水泵送至用户使用。

生产过程中需对超滤和反渗透设备进行维护、清洗，同时设置化学清洗装置、酸投加装置、碱投加装置、氧化剂投加装置及非氧化性杀菌剂投加装置，对超滤和反渗透设备进行清洗，以保持膜的正常运行。

3 主要处理单元及设计参数

3.1 预处理单元

(1)多介质过滤器处理能力为80m3/h；采用石英砂/无烟煤双滤料过滤器，出水浊度小于3NTU，采用压差反洗。

(2)超滤装置1套，设计处理能力76m3/h，设计产水能力68 m3/h，装置产水回收率≥90%；截留大分子有机物及SS。

3.2 除盐水制备单元

(1)保安过滤器1套，设计处理能力为68m3/h，过滤精度5μm。

(2)反渗透装置1套，设计处理能力为68m3/h，设计产水能力为51m3/h，采用一级二段反渗透装置，装置淡水回收率≥75%[1]；一段回收率为50%、二段回收率为50%，总脱盐率≥97%(25℃，运行3年内)[1]。

(3)脱碳器1套，设计处理能力51m3/h。

(4)混合离子交换器2台，1用1备，单台设计产水能力51m3/h。

4 实际运行效果及问题处理

项目在最初开车运行的1个多月内，各项指标正常，反渗透出水电导率≤10μs/cm，除盐水出水电导率≤0.1μs/cm，满足设计要求。反渗透出水电导率及混床出水电导率见图1。

图1 反渗透出水电导率及混床出水电导率

但运行1个多月后，开始出现如下问题：反渗透出水电导率和跨膜压差超标，产水率下降。具体表现为反渗透一段、二段混合产水电导率超过20μs/cm，其中二段产水电导率超过90μs/cm，且一段膜进出口压差达到0.3MPa，淡水产水率下降到70%(设计为75%)；此外，由于业主的操作人员对系统运行、操作不熟练，没有及时投加还原剂，导致反渗透进水的氧化还原电位(ORP)持续达150～200mV(见图2)。按照相关反渗透膜产品技术手册要求，反渗透进水氧化还原电位(ORP)应维持不超过100mV。

图2 反渗透进水ORP值及超滤反洗排水

4.1 最初的解决方案

本着强化预处理的思路，增加超滤的酸、碱及氧化型杀菌剂(次氯酸钠)的清洗频率，基本上每隔半小时，在正常的水、气反洗过程中，就需要加酸、加碱及加次氯酸钠清洗；虽然经此处理，后续除盐水系统运行有所改善，但经过约半个月运行后，除盐系统上述各项指标又出现超标现象。

其次，对反渗透系统进行化学清洗，每次化学清洗后，系统各项指标恢复正常，但运行1个月后，除盐系统会再次出现跨膜压差超标及产水率下降的现象。按照相关反渗透膜产品技术手册要求，反渗透系统的化学清洗频率约为每半年1次，由此可见，上述项目的清洗频率远超此手册要求，将对反渗透膜的正常使用寿命造成严重影响。

基于上述现象，现场决定停机检查，通过检查反渗透膜及保安过滤器滤芯，发现膜及滤芯表面有大量黏稠物，此黏稠物堵塞膜孔，造成跨膜压差增大，产水率下降，经进一步化验，分析其主要组成为细菌。

同时，结合此前运行过程中超滤反洗排水颜色(见图2，主要呈浅黄绿色)及当地的常年高温环境分析：当试车、开车期间运行不连续，在水箱及管道系统等生产水贮存和输送环节中，因高温环境滋生了藻类及细菌，从而导致一定程度的繁殖，进而影响了除盐系统的正常运行。

当初设计时，业主提供的生产原水水质中只有COD值，没有藻类物质及细菌的分析数据，虽然超滤可以去除细菌及藻类物质，但也不是100%的完全去除，且截留后的黏性污染物附着在超滤膜外表面，不但影响超滤的正常运行，同时也增加了超滤加酸碱清洗频率，且效果也不能持久；此外，反渗透膜系统1月进行1次化学清洗的频率也远超了其产品及技术要求，同时频繁地化学清洗也会造成反渗透膜使用寿命的降低；故此前的解决方案均不是长久之计，需要重新考虑。

4.2 后续解决方案

(1)在生产原水进入多介质过滤器之前的管道上增加NaClO投加系统，预氧化、杀菌后再进入多介质过滤器，以减轻后续超滤及反渗透装置的膜污染压力。

(2)持续投加还原剂，以保证反渗透系统进水氧化还原电位不超过100mV，保护反渗透膜的使用寿命，同时增加反渗透系统非氧化性杀菌的投加频率及用量。

(3)向业主反复重申除盐水站的操作流程及注意事项，提高操作、维护及管理水平。

(4)建议业主在工厂大修期间，在原设计的多介质过滤器之后，增加活性炭过滤器，这样效果会更好一些。

上述现场解决方案实施后，除盐水系统运行比较正常，各项指标也基本恢复。

5 结语

在地表水制备除盐水工艺系统设计时，应尽可能收集较为全面的水质分析资料和数据，并进行充分的分析、判断，为选择合适的预处理工艺提供有力的支撑条件，同时也关系到整个除盐系统的方案选择及配置，尤其是实际工程设计中不太关注的微污染物质因素的存在，可能会导致整个除盐系统不能够长期、稳定运行。基于此，针对微污染地表水制备除盐水，采取氧化杀菌、活性炭吸附等预处理手段尤为必要。