化工企業(yè)大型反滲透除鹽系統(tǒng)的設計方案選擇1

摘要：介紹了化肥企業(yè)大型反滲透系統(tǒng)的預處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四個方面的設計方案選擇及注意問題，并對此進行了比較詳細的論述。

關鍵詞：反滲透、水質(zhì)、預處理、控制系統(tǒng)、材料、設計

針對目前化肥企業(yè)鍋爐用水采用傳統(tǒng)的離子交換法存在酸堿消耗大、污染嚴重、水質(zhì)穩(wěn)定性差、自動化程度低、設備運行有維修費用高等缺點，大多數(shù)企業(yè)在水處理系統(tǒng)改造時逐漸采用反滲透技術(shù)。由于化肥企業(yè)鍋爐及工藝用水具有用水量大、水質(zhì)要求高、原水水質(zhì)較差且系統(tǒng)投資大等特點，反滲透系統(tǒng)設計方案是否科學合理將會直接影響到系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、平穩(wěn)、可靠運行。

1、預處理系統(tǒng)設計

反滲透系統(tǒng)能否安全有效運行，預處理系統(tǒng)的設計是否合理至關重要。一般而言，地下水水質(zhì)含鹽量大、水質(zhì)穩(wěn)定，污染指數(shù)SDI低，微生物含量低，預處理較為簡單，但需加強原水阻垢處理。地表水含鹽量低但水質(zhì)不穩(wěn)定，隨季節(jié)變化大，懸浮物、膠體、有機物和微生物含量高，SDI高，極易產(chǎn)生膜的污堵，對它的預處理要比地下水復雜的多。同時可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

設計者應根據(jù)用戶提供的水源常規(guī)分析項目水中的各類陰、陽離子）及綜合分析項目（SDI、濁度、BOD、COD）指標來確定合理的預處理方案。
設計多介質(zhì)過濾器時地表水應確保濾速小于10m/h，地下水水質(zhì)較好時可控制在15 m/h以下。

處理還原態(tài)井水中的二價鐵，通常采用的方法是曝氣法和錳砂過濾除鐵法。

使用市政自來水作為原水時要特別注意游離氯的含量，當游離氯的含量大于0.1mg/L時應進行脫氯處理，余氯可以通過活性炭或化學還原劑還原為無害的氯離子，一般在小型系統(tǒng)中采用活性炭法，而在大型系統(tǒng)中通常采用化學還原劑法。

活性炭脫氯的反應過程如下：C+2CI2+2H2O 4HCI+CO2

在有些情況下，炭床被可能成為微生物的滋生場所，微生物也會引起膜的污染，所以還需要采取措施降低微生物的生長。

偏亞硫酸鈉（SMBS）是最常用于脫除游離氯的還原劑，其它的還原劑如二氧化硫，但與SMBS相比，價格沒有競爭力。偏亞硫酸鈉（SMBS）溶于水時形成亞硫酸鈉（SBS）：Na2S2O5+H2O 2NaHSO3

然后SBS按如下反應還原成鹽酸：NaHSO3+HOCI=HCI+NaHSO4

SMBS雖然脫氯速度很快，為了保證完全反應，推薦使用表態(tài)混合器，以使溶液充分混合均勻。

為了安全起見還應在混合下游安裝氧化還原電極（ORP）檢測氯的含量，當檢測到余氯時，電極信號將激活報警并停止高壓泵。

針對一些水質(zhì)較差的地表水，應考慮采用超濾（UF）作為預處理，超濾能夠有效地去除水中的懸浮物、膠體、有機大分子、細菌、微生物等雜質(zhì)，經(jīng)超濾處理后水的SDI<1,但超濾(UF)裝置投資較大,操作維護較復雜。

進水來自經(jīng)混凝、澄清處理后的地表水，水溫隨季節(jié)變化較大，而反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水量受水溫的變化影響較大，在壓力恒定的條件下，水溫每變化1℃，其產(chǎn)水量大致增減2.7%；為了彌補因冬季水溫較低而致使反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水水量下降的情況，同時考慮運行成本，應考慮采用熱交換器將原水加熱使其維持在20℃左右。如暫時無換熱條件，在設計反滲透系統(tǒng)時應特別注意溫度這一因素。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗的企業(yè)。

為了防止在反滲透膜濃水側(cè)溶解性物質(zhì)因不斷濃縮達到過飽和狀態(tài)而析出（結(jié)垢），在大型系統(tǒng)中防止結(jié)垢的辦法通常采用添加阻垢劑。

阻垢劑的選型及投加量取決于原水水質(zhì)，大型系統(tǒng)推薦選用進口多元共聚復合阻垢劑，它可以提高水中的難溶物質(zhì)的飽和度。其作用機理分別為：抑制析出作用、分散作用、晶格扭曲作用、絡合作用。

預處理系統(tǒng)比較保守的設計，通常能使反滲透系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定，能增強對水質(zhì)變化的適應性；雖然保守的設計會使初期投資費用較高，但與系統(tǒng)穩(wěn)定性及設備檢修費用相比是有價值的。

設計科學、完善的預處理，才能保證反滲透系統(tǒng)進水符合要求，從而降低膜的污染，延長膜的使用壽命，確保產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定。反之，如預處理達不到設計要求，則后果十分嚴重。

2、反滲透系統(tǒng)設計

反滲透系統(tǒng)的設計必須綜合考慮到其運行的安全、穩(wěn)定、技術(shù)經(jīng)濟合理性、易于操作和維護、設備空間限制及環(huán)境保護等諸多方面的要求。
大多數(shù)膜的生產(chǎn)廠家為了方便用戶進行系統(tǒng)設計，都有自己的設計軟件，在進行系統(tǒng)設計時，選擇水質(zhì)類型是十分重要的。針對不同的水質(zhì)設計軟件有不同的設計邊界條件（設計報警值）。從RO/UF的滲透液(SDI〈1)，到井水（SDI〈3），到軟化地表水（SDI=3）到地表水（SDI〈5〉等，水質(zhì)逐漸變差，所以其邊界條件漸趨嚴格。

大型系統(tǒng)設計時系統(tǒng)回收率是用戶比較關心的一個重要參數(shù)，回收率設定太高，濃水側(cè)難溶鹽的濃度（濃水pH、LSI、離子強度、HCO3-、CO2、總堿度），也會相應增大，這些參數(shù)超過設計報警值時需要調(diào)節(jié)進水PH值或進水中加阻垢劑。

根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的反滲透膜元件的選用導則確定膜的類型及數(shù)量，在確定了壓力容器的排列方式時，通常二段排列容器比為2：1，三段排列容器比為4：2：1。

一個設計模型的建立往往要經(jīng)過反復比較、修改才能完成，經(jīng)過多次調(diào)整設計參數(shù)，設計軟件將計算結(jié)果不斷地與邊界條件比較，直到各邊界條件均收斂，同時滿足各限制范圍要求，系統(tǒng)設計的理論模型才算建立完畢。

一個完整的設計計算結(jié)果包含九部分內(nèi)容：1.文件頭信息；2.系統(tǒng)主要參數(shù);3.各段具體參數(shù);4.系統(tǒng)各部分離子濃度;5.系統(tǒng)設計報警;6.溶解度報警;7.結(jié)垢計算結(jié)果;8.段內(nèi)詳細參數(shù);9.法律說明.判斷系統(tǒng)設計是否有問題應首先查看系統(tǒng)設計和溶解度有沒有報警。

反滲透系統(tǒng)機架不宜設計太高，一般高度應控制在2米以下，以便于膜管及配套管閥的安裝、拆卸及維修。管閥布置應充分考慮操作、調(diào)節(jié)及維修方便，應盡量集中布置。

反滲透系統(tǒng)高壓管道通常采用不銹鋼，對于一般的苦咸水或自來水采用SS（SUS）304或1Cr18Ni9Ti(國產(chǎn))，水的流速>1.5m/s。低壓管道采用鋼襯膠、ABS、U-PVC均可。

每只膜管出水端應設置取樣閥，以方便監(jiān)測單支膜管水質(zhì)，判斷膜的污染情況。

系統(tǒng)的運行狀況如流量、壓力、水質(zhì)必須實時監(jiān)測和控制，有關儀表可分為測量儀表和控制儀表。

在線測量儀表包括：

1）．流量儀表：測定濃水和產(chǎn)水流量。

2）．壓力儀表：測定保安過濾器進出口壓力，反滲透組件進出口壓力，高壓泵入口壓力，產(chǎn)水壓力。

3）．水質(zhì)儀表：測定進水SDI，進水、產(chǎn)水電導率，進水、產(chǎn)水PH，進水余氯，進水溫度。

控制儀表包括：

1）．低壓開關：置于高壓泵進水端，以免高壓泵因缺水而損壞；

2）．高壓開關：置于反滲透膜進水端，以免高壓造成膜元件損壞；

3）．氧化還原反應（ＯＲＰ）儀：檢測進水游離氯含量；

4）．高溫開關：進水側(cè)裝置，以免水溫過高造成膜元件損壞；

5）．電導率開關：產(chǎn)水側(cè)設置，產(chǎn)水電導過高則排放，以保護下游設備；

6）．高、低、PH值開關；進水側(cè)裝置，防止裝置結(jié)垢或膜水解。

還可根據(jù)實際情況增設其它測量和監(jiān)測儀表。

3、控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

硬件系統(tǒng)由現(xiàn)場過程儀表、液位開關、電機控制裝置、可編程控制器、觸摸屏等組成。

軟件控制系統(tǒng)主要是根據(jù)反滲透系統(tǒng)運行要求進行順序控制和聯(lián)鎖，對于自動化程度較高的企業(yè)控制系統(tǒng)可與全廠DCS系統(tǒng)連接。

控制系統(tǒng)對高壓泵的控制一項主要內(nèi)容是防止高壓泵啟動、停止時產(chǎn)生的液壓沖擊。通常采用的方法是在高壓泵出口安裝電動慢開閥、高壓泵采用軟啟動器或變頻器控制等方法，具體采用那一種控制方式，應根據(jù)高壓泵水的流量、壓力、功率等因素決定。

控制系統(tǒng)的另一項主要任務反滲透膜的定時沖洗，為防止反滲透系統(tǒng)運行一定時間后濃水側(cè)亞穩(wěn)態(tài)的結(jié)垢物質(zhì)出現(xiàn)結(jié)垢，需定期以低壓、大流量的進水對膜進行沖洗，以保護反滲透膜。

軟件控制系統(tǒng)還會根據(jù)需要提供流程控制畫面、聲光報警、運行數(shù)據(jù)檢索、報表打印、自動開關機等功能。

4、清洗、沖洗系統(tǒng)

無論預處理如何徹底，反滲透經(jīng)過長期使用后，膜表面仍會受到結(jié)垢的污染；因此，必須在反滲透系統(tǒng)中設計一套在線清洗（CIP）系統(tǒng)。

反滲透清洗系統(tǒng)作用是根據(jù)反滲透膜污染的情況，配制一定濃度的特定的清洗溶液，清除反滲透膜中的污染物質(zhì)，以恢復膜的原有特性。

總之，化肥企業(yè)大型反滲透系統(tǒng)的設計方案的選擇是多方面因素綜合考慮的結(jié)果，系統(tǒng)設計時既要考慮工藝的科學性、合理性、技術(shù)先進性、也要考慮設備投資的性價比，以節(jié)約設備投資、降低產(chǎn)水成本；而且應根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的設備條件盡量合理改造現(xiàn)有預處理設備，減少占地面積，合理而已設備，以便操作維護。

反滲透、水質(zhì)、預處理、控制系統(tǒng)、材料、設計