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反渗透系统在工业水处理应用

2017-01-14 来源:[中科软水] 反渗透系统在工业水处理应用

反渗透技术( RO) 是一种采用膜分离的技术,它具有环保、适应性强、脱盐率高的特点。80 年代初开始在我国得到发展,近些年在钢铁电力等行业的水处理技术中得到广泛的运用。

  1、反渗透技术

  1. 1 反渗透膜及技术原理

反渗透膜是用高分子材料制成、具有选择性半透性质的薄膜。用于水处理的反渗透膜可以允许水分子透过膜,但水中所含的离子、有机物分子等不能透过。反渗透的除盐原理是水在外加压力的作用下,水分子克服反渗透膜两侧的渗透压,透过膜到达膜的另一侧( 淡水侧) ; 而水中的盐分、有机物分子等杂质则被膜拦截住,留在膜上,从而达到水质净化的目的。反渗透技术从本质上讲是一种横流性的过滤技术,过滤液体会横向流过反渗透膜,部分原水在外界压力下透过这层膜形成成品水,而未被转化为成品水的液体和盐类继续流过反渗透膜表皮,逐渐形成浓水被排掉,这一过程还可以将截留的悬浮物冲刷带走,阻止了垂直过滤技术下固体的沉积。

  1. 2 反渗透膜的类型及卷式膜组件的特点

  按照材料来分,用于水处理的反渗透膜主要有两种类型: 一种是醋酸纤维膜,这是最早应用于水处理领域的反渗透膜。另一类是用聚酰胺类材料制成的复合膜,我国很多工厂所用的反渗透膜是抗污染聚酰胺复合膜,这种复合膜的特征是由两种以上的材料制成,用很薄的致密层与较厚的多孔支撑层复合而成,多孔支撑层起增强机械强度作用,致密层起脱盐作用。膜形式是卷式复合膜,卷式膜元件相对于平板式、圆管式、中空纤维式膜元件来说,它的特点是: ①水流通道有隔网空隙构成,水在流动过程中被隔网反复切割反复汇集呈波浪起伏前进,提高了水流的紊动强度,减少了浓差极化;②水沿膜表面呈薄层流动,这种薄层的流动设计既提高了膜的装填密度,又有利于降低膜表面的滞流层厚度,同样有利于减少浓差极化; ③膜的装填密度比较高,仅次于中空纤维膜组件; ④与中空纤维和板框式结构相比较,卷式膜元件在给水通道抗污染能力、设备空间要求、投资和运行费用等方面具有明显的优越性。

  2.反渗透系统在工业水处理中的实际应用情况

水处理系统工艺流程为原水 →生水箱→自清洗过滤器→超滤装置→清水箱→保安过滤器→反渗透装置→除碳器→除碳水箱→阳离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→机炉或化工装置。

反渗透装置由膜组件、高压泵以及相关仪表、阀门和管件组成。高压泵前设有保安过滤器,保安过滤器内装有过滤孔径为5μm 的滤芯,这些滤芯会过滤掉任何大于5μm 的胶体颗粒,对下游RO 膜起保护作用,否则RO 膜表面极易结垢污堵。进水管道上连有还原剂、阻垢剂加药管道,此外进水管道上设有取样口便于测量进水SDI 值。

  2.1、系统连接与运行方式

  原水其实就是最先进入化学处理装置的水, 而在没有经过处理过的原水还要在经过一系列的设备才可以真正的进入反渗透膜,而在经过处理过后的水就会被称作是淡水。主要包括多级高压泵、反渗透膜元件、膜壳(压力容器)、支架等组成。其主要作用是去除水中的杂质,使出水满足使用要求。

  2.2、反渗透系统组成

  据本人了解,反渗透系统普遍是由以下几点构成的:预处理系统、反渗透装置、后处理系统、清洗系统、电气控制系统。

  2.2.1 保安过滤器

  精密过滤器又称保安过滤器,一般设置在压力容器之前,以去除浊度1 度以上的细小微粒, 其可以保证在工作运行的过程中满足此工序对进水速度、量的要求;有时也设置在整个水处理系统的末端,防止细小微粒进入成品水。

  2.2.2 高压泵

  其设计的最主要目标其实就是为了能够保证纯水渗透进反渗透装置的时候可以达到标准, 最主要的作用就是给予其足够的压力。

  2.2.3 反渗透膜组

  在渗透膜装置中的水被分为了两种:淡水、浓水。而对于这两种水都有其控制阀门, 在控制其浓度比例的时候要保证其回收率可以达到四分之三,尤其是脱盐率的要求就更加严格,不得少于98%。

  2.2.4 阻垢剂投加系统

反渗透阻垢剂是专门用于反渗透(RO)系统及纳滤(NF)和超滤(UF)系统的阻垢剂,可防止膜面结垢,能提高产水量和产水质量,降低运行费用。

  2.2.5 清洗装置

  必须要定期的对其进行清洁,一般是3~6 个月清洗一次,并且,即使是清洗工作也是要专业人士为其设计专门的工作程序。

  3. 反渗透长期运行出现的一些问题

  为了保证膜长期安全稳定运行,应严格遵照膜厂家规定的膜元件使用限制条件,包括操作压力、进水流量、温度、进水pH 值范围、进水浊度、进水SDI,进水余氯等,由于本厂的反渗透系统前设有超滤装置,且一段反渗透前设有保安过滤器( 压差达到0. 1MPa 即进行滤芯更换) ,反渗透进水水质相对较好,水温控制在25 ± 2℃,一段进水压力一般不超过1. 0MPa,进水pH7 ~ 9,电导1000μs /cm,经过加还原剂处理后ORP 一般控制在小于250mv,SDI值严格控制小于4,浊度< 1NTU,余氯< 0. 1mg /L,因此对膜元件的保护较好。但随着运行时间的增加,反渗透装置也相继出现了一些问题,集中表现为淡水水质、产水量或运行压力的异常,主要特征是淡水电导率上升、产水量减少或运行压力增加。

  根据具体情况分析污染主要来自两方面。第一、反渗透进水中所含的胶体、微生物等物质。这些污染物会截留在膜的表面形成污染层,且污染主要分布在膜的前段。为了防止微生物在膜上的滋生,我厂采用的方法是加氯杀菌,由于水中残留的余氯对膜元件具有破坏性,因此在加氯杀菌后,在反渗透进水管加还原剂,控制反渗透进水余氯不超过0. 1mg /L。尽管原水中所含的绝大部分微生物、胶体、悬浮物、颗粒等杂质会在预处理中去除,以确保水质达到RO 膜的进水要求,但进水中仍会残留少量胶体、微生物等物质,长时间势必会运行影响反渗透的脱盐效果。第二、反渗透运行过程中可能产生的结垢物质。

  膜元件内沉积盐类主要为钙盐和镁盐及铁离子污染。由于本厂采用的是复合膜,因此日常运行中采用加阻垢剂方式来防垢。针对长时间运行产生的以上两种类型污染,平均三个月进行一次化学清洗。根据污染物情况,清洗过程分酸洗和碱洗,酸洗溶液为1% ~ 2%柠檬酸,碱洗溶液为1. 0%EDTA + 0. 1%氢氧化钠,清洗方式采用静态浸泡和循环清洗相结合的方式,静态浸泡一般设定为30min,具体时间根据膜的污染程度而定。清洗过后均采用低压冲洗,直到排出的淡水清洁、无泡沫或无清洗液。经过三年运行实践证明,清洗过后效果较好,压差和流量基本可以恢复,但后期几次清洗后产水电导变化不大。

  在人口众多,水资源不断匮乏的今天,如何提高水资源利用率和降低水处理成本,对企业而言是关系到企业发展,环境保护以及社会利益的重大问题。为了解决这些问题,水处理方法也在不断地发展和成熟。20 世纪60 年代迅速崛起的膜分离技术,无论是在产品结构调整、降低能耗及污染防治等方面都有明显的优势。反渗透技术的净化效率高,设计和操作简单,切实解决了目前水处理面临的许多难题。

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