一种撬装纳滤膜预处理装置的研制

摘要：设计了一种撬装纳滤膜预处理装置，主要包括顺序连接的淡盐水储槽、淡盐水泵、一级钛板换热器、二级钛板换热器、活性炭过滤器和保安过滤器等部件。其中，设置于一级钛板换热器前端的第一管道混合器和亚硫酸钠罐通过亚硫酸钠计量泵连接，且第一管道混合器同时与淡盐水泵和一级钛板换热器连通;设置于活性炭过滤器前端的第二管道混合器和高纯盐酸罐通过盐酸泵连接，且第二管道混合器同时与二级钛板换热器和活性炭过滤器连通。该装置采用整体撬装式结构，将前处理部分的所有设备安装固定在集装箱框架内，框架内部的管道、仪表、阀门等均在出厂前安装完成，解决了系统占地面积大、施工周期长等问题。

关键词：纳滤膜法脱硝工艺;撬装式结构;纳滤膜预处理装置;工艺流程

中图分类号：TQ114  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2022）01-0047-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.01.013

0    引言

氯碱厂生产过程中，精制盐水的质量决定着离子膜的使用寿命及电耗。在精制盐水中要求硫酸根质量浓度<7 g/L，盐水中的硫酸根长期超标会对离子膜造成物理性损伤，导致电流效率下降，进而导致膜电阻升高，电耗升高。纳滤膜法脱硝工艺是氯碱工业协会大力推行的新型节能环保工艺，其通过纳滤膜过滤将硫酸根离子脱除。采用该工艺可切实节约盐水精制成本，并可避免使用钡盐可能造成的二次污染。

用于盐水预处理的纳滤膜元件具有硫酸盐截留率高和通量高的特征，但纳滤膜属于有机膜，游离氯对膜的使用寿命有很大影响——游离氯的存在，会破坏纳滤膜的结构，造成纳滤膜损坏和膜性能下降，缩短膜的使用寿命。

为了有效保证纳滤膜系统的稳定运行，对进膜盐水进行严格的预处理必不可少。预处理装置的功能就是去除给水中会对纳滤膜产生污染或导致劣化的物质，以获得符合纳滤膜工艺技术要求的完全脱氯的淡盐水，从而实现高稳定性、高通量，并延长膜元件的使用寿命。

现有的纳滤膜预处理装置系统占地面积大、施工周期长，且没有进行有效的余氯、pH值、温度和压力控制。

1    技术方案

本文研制了一种结构紧凑、节约空间、方便安装，且可对淡盐水进行有效处理的撬装纳滤膜预处理装置，以便下一步开展纳滤操作。

如图1所示，该撬装纳滤膜预处理装置为整体撬装式结构，主要包括顺序连接的淡盐水储槽、淡盐水泵、一级钛板换热器、二级钛板换热器、活性炭过滤器和保安过滤器等。其中，设置于一级钛板换热器前端的第一管道混合器和亚硫酸钠罐通过亚硫酸钠计量泵连接，且第一管道混合器同时与淡盐水泵和一级钛板换热器连通;设置于活性炭过滤器前端的第二管道混合器和高纯盐酸罐通过盐酸泵连接，且第二管道混合器同时与二级钛板换热器和活性炭过滤器连通。

该撬装纳滤膜预处理装置的出口处设置了电磁开关阀、pH分析仪和ORP分析仪，电磁开关阀、pH分析仪和ORP分析仪之间建立了联锁。当所处理盐水不能满足pH值或ORP值要求时，系统会自动切断和淡盐水缓冲槽之间的连接，将所处理盐水转排至界外，从而对膜过滤单元的膜元件切实形成保护作用。另外，装置中的亚硫酸钠计量泵为变频控制，该计量泵和ORP分析仪联锁，可根据ORP值自动调整亚硫酸钠的加入量，保证亚硫酸钠溶液的适量加入。一级钛板换热器内通入纳滤膜过滤装置生产的低硝水，利用温差对预处理装置的淡盐水起到冷却作用，从而达到节能的目的。二级钛板换热器中的冷却水流量和淡盐水的温度联锁，其可以根据温度值自动调整流量的大小，以达到节能的目的。

本装置主要部件的功能如下：

（1）淡鹽水泵2：淡盐水泵一般为钛制材质，用于预处理装置的进料，为淡盐水储槽中的盐水提供动力。

（2）一级钛板换热器4：用于淡盐水储槽1中的进料盐水和纳滤膜过滤装置回收的低硝水之间的热交换，其不仅降低了进料盐水的温度，还可将低硝水作为冷却源加以重复利用，从而减少循环冷却水的消耗，有效节约能源。

（3）二级钛板换热器5：用于一级钛板换热器换热后的淡盐水和循环冷却水之间的热交换，通过调节循环冷却水的流量，将盐水温度降到满足纳滤膜原件工艺要求的范围。

（4）活性炭过滤器7：前处理装置中的活性炭过滤器作为一个保护装置，可吸收系统中残留的少量游离氯，保证进入纳滤膜过滤装置15的进膜水中游离氯含量为0。活性炭吸附了游离氯后会变成粉末状，粉末状的活性炭则无法再次有效地吸附游离氯，因此，活性炭为耗材，需定期更换。

（5）保安过滤器8：通过预处理的盐水在进入纳滤膜过滤装置之前，设置5 μm的保安过滤器，去除盐水、管路和储罐中的机械杂质和污染物。

该撬装纳滤膜预处理装置预处理模块装配图如图2所示，本设计集设备、管道、阀门、仪表和控制系统于一体，撬装化程度高，且可满足现代化精制盐水车间个性化定制的需求。

2    具体实施方式

纳滤膜元件的参数和主要工艺技术要求如表1所示。

为获取合格的进膜盐水，本装置对各项指标进行了控制，详情如下：

（1）余氯控制：通过添加亚硫酸钠（Na2SO3）去除脱氯淡盐水中的余氯，反应式如下：

（2）pH值控制：通过添加高纯盐酸将脱氯淡盐水的pH值调节到进膜盐水要求。

（3）温度控制：通过钛板换热器将脱氯淡盐水温度降至（40±5）℃。

（4）压力控制：通过变频高压泵14来调节进膜盐水的压力，该高压泵属于过滤单元，不属于前处理装置。

纳滤膜预处理装置采用了自动控制系统，确保提供给纳滤膜过滤装置的盐水充分满足纳滤膜元件的工艺技术要求，其主要控制点如下：

（1）淡盐水pH值检测及控制：根据检测加酸后淡盐水的pH值自动调节投加盐酸自动调节阀的开度来控制加酸量。

（2）淡盐水ORP值检测及控制：淡盐水的ORP值是游离氯含量的直接反映，系统可根据检测加亚硫酸钠后淡盐水的ORP值自动调节投加亚硫酸钠自动调节阀的开度来控制ORP值。

（3）淡盐水pH值及ORP值检测及其对膜的保护：根据检测加酸后淡盐水的pH值来控制活性炭吸附塔的出水是否进入纳滤膜过滤装置的淡盐水缓冲槽，以确保不合格的淡盐水不会对纳滤膜造成损坏。

系统控制说明：采用西门子系列PLC系统进行监视和控制，系统提供与主控室DCS通信的接口，使信号传送至DCS中控室显示。

纳滤膜预处理装置工艺流程概述如下：

来自界区外的脱氯淡盐水进入淡盐水储槽1，由淡盐水泵2将淡盐水储槽中的淡盐水通过第一管道混合器3送至一级钛板换热器4，淡盐水与从纳滤膜过滤装置15送来的低硝水在一级钛板换热器4内进行换热，并将淡盐水温度降至（60±5）℃，淡盐水在一级钛板换热器4前通过第一管道混合器3与亚硫酸钠混合，亚硫酸钠计量泵10使亚硫酸钠从亚硫酸钠罐9进入第一管道混合器3，调节淡盐水和亚硫酸钠的混合液至ORP值≤200 mV后，混合液先后进入一级钛板换热器4和二级钛板换热器5，二级钛板换热器5通循环冷却水并将液体温度降至（40±5）℃，通过第二管道混合器6加入高纯盐酸，即通过盐酸泵12使高纯盐酸从高纯盐酸罐11进入第二管道混合器6，控制加入的高纯盐酸的量并调节淡盐水的pH值至5～7后进入活性炭过滤器7进一步除去游离氯，再进入保安过滤器8，去除淡盐水中的机械杂质后进入淡盐水缓冲槽13，准备进行膜分离。

3    实施效果

相对于现有技术，本文所述撬装纳滤膜预处理装置实现了如下有益效果：采用整体撬装式结构，将前处理部分的所有设备安装固定在工字钢制成的40尺集装箱框架内，框架内部的管道、仪表、阀门等均在出厂前安装完成，切实解决了系统占地面积大、施工周期长等问题。

其优点具体如下：

（1）结构紧凑，节约空间。撬装装置采用密集型布置，结构紧凑，可大大减少占地面积。

（2）安装方便，节约成本。大部分安装工作已在工厂完成，现场安装只需将撬装块安装到基础，后续再做好撬块出口管线连接以及一些电气仪表的接线工作，从而有效减少现场安装的时间和成本。

（3）该装置可通过添加亚硫酸钠（Na2SO3）去除脱氯淡盐水中的余氯，通过添加高纯盐酸将脱氯淡盐水的pH值调节到进膜盐水要求，通过钛板换热器将脱氯淡盐水温度降至（40±5）℃，通过变频高压泵来调节进膜盐水的压力。

4    结语

本文主要阐述了一种新型撬装纳滤膜预处理装置的基本原理、主要特征及优点，可供氯碱行业的技術人员参考。需要指出的是，该装置并不受本文所述实例的限制，在不脱离应用范围的前提下，还存有各种变化和改进之处。

收稿日期：2021-12-07

作者简介：章雅（1973—），女，江苏盐城人，高级工程师，研究方向：工程咨询。