工業(yè)水處理技術(shù)在化工行業(yè)脫鹽水制備過程中的應(yīng)用

摘要：工業(yè)水處理技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用備受關(guān)注。為保證工業(yè)運行的安全可靠，延長工業(yè)排水管道的使用壽命，脫鹽水的制備是一個十分重要的課題。詳細設(shè)計了一套可以廣泛使用的脫鹽水制備系統(tǒng)，具體包含：預(yù)處理、一級脫鹽、二級脫鹽和離子交換系統(tǒng)，并詳細介紹了工業(yè)流程，以煤油產(chǎn)業(yè)為具體案例，介紹了運用本脫鹽系統(tǒng)的脫鹽效果。綜合考慮實驗的水量、水質(zhì)，結(jié)果表明：當(dāng)進水TDS為555.95 mg/L時，設(shè)備總產(chǎn)水量達84%，脫鹽率達99.8%，廢水TDS為3 550.44 mg/L，系統(tǒng)具有顯著的濃縮效果。研究結(jié)果對于提高化工行業(yè)脫鹽水制備的效率和水質(zhì)，保障生產(chǎn)安全，具有重要的理論和實踐意義。

關(guān)鍵詞：工業(yè)水處理；脫鹽水制備；安全生產(chǎn)；離子交換

隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展和工業(yè)化進程的不斷加速，人們對水質(zhì)要求的嚴(yán)格程度也在不斷提高。水作為化工生產(chǎn)過程中的重要原料和介質(zhì)，在許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)中都扮演著關(guān)鍵角色［1］。然而，大多數(shù)自然水源中的水含有各種不純物質(zhì)，如鹽類、重金屬、有機物等，這些雜質(zhì)不僅影響生產(chǎn)過程中的化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)品質(zhì)量，還可能對設(shè)備造成腐蝕和損壞，甚至對環(huán)境造成污染。因此，為了確保生產(chǎn)的順利進行和產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，化工行業(yè)對水質(zhì)的要求極高，這就需要采用適當(dāng)?shù)乃幚砑夹g(shù)進行水質(zhì)凈化和脫鹽處理。

脫鹽水制備作為工業(yè)水處理的重要環(huán)節(jié)，具有重要的意義和價值。首先，脫鹽水可以用于化工生產(chǎn)過程中的各種反應(yīng)和溶劑，保證生產(chǎn)過程的順利進行和產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定［2］。其次，對水質(zhì)的要求越來越嚴(yán)格，特別是在一些高端化工生產(chǎn)領(lǐng)域，如電子、醫(yī)藥、食品等，對水質(zhì)的純凈度要求更為苛刻，脫鹽水制備可以滿足這些行業(yè)對高純水的需求。另外，脫鹽水還可以用于鍋爐給水、冷卻循環(huán)水等工業(yè)用水系統(tǒng)，延長設(shè)備的使用壽命，提高生產(chǎn)效率，降低維護成本。同時，脫鹽水制備還可以減少對自然水資源的開采和污染，促進可持續(xù)發(fā)展。

本文基于現(xiàn)有的工業(yè)脫鹽水制備系統(tǒng)，優(yōu)化改善工藝流程，設(shè)計了一套關(guān)于工業(yè)水預(yù)處理、一級脫鹽、二級脫鹽和離子交換系統(tǒng)的高效脫鹽系統(tǒng)。以煤油產(chǎn)業(yè)為例，驗證設(shè)計系統(tǒng)的脫鹽效果，為工業(yè)運行的安全可靠提供有力的保障。

1脫鹽水制備設(shè)備

脫鹽水預(yù)處理系統(tǒng)是工業(yè)水處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旨在為脫鹽工藝提供清潔水源。其主要組成部分包括格柵過濾器、沉淀池和過濾器等。格柵過濾器用于去除原水中的大顆粒雜質(zhì)和懸浮物，以保護后續(xù)設(shè)備免受損壞。沉淀池則通過沉淀作用去除懸浮物和膠體，從而提高水質(zhì)。過濾器采用砂濾器和活性炭濾器等，可進一步去除微小顆粒、溶解性有機物和余氯，有效提升水質(zhì)［3］。

脫鹽水預(yù)處理系統(tǒng)通過一系列物理、化學(xué)和生物過程，有效去除水中的雜質(zhì)和污染物，提高水質(zhì)。原水首先經(jīng)過格柵過濾器去除大顆粒雜質(zhì)，接著經(jīng)過沉淀池去除懸浮物和膠體。隨后，通過過濾器進一步去除微小顆粒和溶解性有機物。反滲透膜預(yù)處理系統(tǒng)進一步處理水質(zhì)，消毒裝置則用紫外線燈或臭氧發(fā)生器殺滅水中的微生物，確保水質(zhì)達到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。此外，pH調(diào)節(jié)裝置對水的pH進行調(diào)節(jié)，以保障后續(xù)脫鹽工藝的順利進行。監(jiān)測與控制系統(tǒng)則實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動化控制和監(jiān)測，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀態(tài)。這些步驟共同作用，為后續(xù)的脫鹽工藝提供高質(zhì)量、清潔的水源。

1.1多介質(zhì)過濾器

一般地，石英砂、活性炭等無機物質(zhì)作為多介質(zhì)過濾器的填充材料，能夠截留和濾除水中體積較大的懸浮物、有機物、膠質(zhì)顆粒和微生物［4］。該設(shè)備操作簡便，后期維護保養(yǎng)成本較低，是預(yù)處理脫鹽水的一道重要工序。

在本文設(shè)計的處理系統(tǒng)中，過濾器中使用無煙煤、磁鐵礦物質(zhì)和石英砂作為填充材料，將比重較小但體積較大的無煙煤放在濾床最上層，占比最多而顆粒直徑較小的石英砂置于中層，剩下的重質(zhì)礦石放在下層。無煙煤選用0.9～1.5 mm直徑的顆粒，填充物高度650 mm；石英砂選用直徑0.4～0.9 mm的顆粒物，填充高度達200 mm；重質(zhì)磁鐵礦按照不同規(guī)格填充至350 mm。此設(shè)計在保證大幅度發(fā)揮濾床功能的同時，也能保證過濾器反洗時不存在亂層問題，確保填充材料的截留效果。

1.2超濾系統(tǒng)

超濾系統(tǒng)是一種利用半透膜進行分離的膜分離技術(shù)，能夠有效地去除水中的懸浮固體、膠體、微生物、有機物質(zhì)等大分子物質(zhì)。經(jīng)過預(yù)處理的出水可以有效降低大部分渾濁度和色度，除此之外，還有去除部分COD的作用，保證反滲透系統(tǒng)的安全可靠運行。目前用作預(yù)處理系統(tǒng)的反滲透的超濾系統(tǒng)在工藝生產(chǎn)流程中較為成熟［5］。

超濾系統(tǒng)通常包括膜組件、壓力容器、管道系統(tǒng)、泵及控制系統(tǒng)等。膜組件是系統(tǒng)的核心部件，其質(zhì)量和性能直接影響系統(tǒng)的過濾效果和穩(wěn)定性。在運行過程中，需要控制和調(diào)節(jié)一些操作參數(shù)，如壓力、流速、溫度等，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和最佳過濾效果。相比傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理方法，超濾系統(tǒng)具有能耗低、操作簡便、處理效率高、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，能夠有效地提高脫鹽水的質(zhì)量和產(chǎn)水率，降低生產(chǎn)成本。

1.3一級反滲透系統(tǒng)

一級反滲透系統(tǒng)是脫鹽水制備過程中的關(guān)鍵步驟之一。在一級反滲透系統(tǒng)中，經(jīng)過預(yù)處理后的原水首先進入壓力容器內(nèi)的半透膜（反滲透膜）。這些反滲透膜具有微孔，其直徑僅允許水分子通過，而攔截溶解在水中的鹽類、重金屬、有機物等雜質(zhì)，因此實現(xiàn)了對水質(zhì)的進一步提純。在反滲透過程中，水分子受到高壓驅(qū)使，穿過半透膜，而被截留的溶質(zhì)則被帶走并排出系統(tǒng)外，從而使得通過膜的水變得更加純凈。這一過程不僅有效去除了水中的離子和大部分溶解性有機物，還能大大降低水的電導(dǎo)率，提高水的質(zhì)量，使之適用于各種工業(yè)應(yīng)用需求。

1.4除碳系統(tǒng)

除碳系統(tǒng)在脫鹽水制備過程中扮演著重要角色，其主要功能是去除水中的有機物、膠體和溶解性無機物，特別是有機物，以防止對反滲透膜的污染和損害。該系統(tǒng)通常包括活性炭過濾器和混床離子交換器。活性炭過濾器是除碳系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之一?；钚蕴烤哂袠O大的表面積和孔隙結(jié)構(gòu)，能夠吸附水中的有機物、氯、溴等雜質(zhì)和臭味。水通過活性炭過濾器時，這些雜質(zhì)被吸附到活性炭表面，從而凈化水質(zhì)?；钚蕴窟^濾器能有效去除水中的異味和色度，提高水的口感和質(zhì)量。

混床離子交換器是除碳系統(tǒng)的另一個重要組成部分?；齑餐ǔＳ申庪x子交換樹脂和陽離子交換樹脂混合而成。在這個系統(tǒng)中，陰離子交換樹脂能夠去除水中的陰離子，如硝酸鹽、氯化物等，而陽離子交換樹脂則能去除陽離子，如鈉、鈣、鎂等。通過離子交換的過程，水中的硬度和鹽度得到降低，從而保護反滲透膜不受鈣鎂鹽的結(jié)垢影響，并進一步提高水的質(zhì)量。

2工藝設(shè)計結(jié)果分析

多介質(zhì)過濾系統(tǒng)通過遠程控制和就地控制相結(jié)合，及時有效地監(jiān)控設(shè)備和調(diào)配供水。為保證長時間使用的過濾效果，反洗過濾裝置中設(shè)置自動控制環(huán)節(jié)，在一定時間和過濾流量后，完成自動反清洗的動作，多介質(zhì)過濾系統(tǒng)的出水污染指數(shù)SDI可降低到4以下。

預(yù)處理后的水進入超濾系統(tǒng)，通過一系列超濾膜過濾。超濾膜的孔徑非常小，通常在0.01～0.1 μm，能夠有效截留水中的微生物、膠體、高分子有機物等。這些被截留的雜質(zhì)會形成濃縮液，而相對純凈的水則通過膜孔徑排出。

預(yù)處理后的水進入一級反滲透系統(tǒng)，經(jīng)過高壓泵的作用，水被迫通過半透膜，其孔徑約為0.000 1 μm，只有水分子能夠穿過，而大多數(shù)雜質(zhì)和離子被截留在膜外形成濃縮液，進而排出系統(tǒng)外。經(jīng)過一級反滲透處理后，水質(zhì)明顯提高，達到了生產(chǎn)所需的純凈水標(biāo)準(zhǔn)。水樣經(jīng)實驗室檢測，除去了幾乎所有的溶解性固體、金屬離子、微生物和有機物，水質(zhì)清澈透明，pH穩(wěn)定在7.0～8.0范圍內(nèi)。經(jīng)過二級反滲透處理后，水質(zhì)進一步提高，水樣經(jīng)實驗室檢測，除去了殘留的微量溶質(zhì)和殘留的微生物，水質(zhì)清澈透明，電導(dǎo)率達到了理想范圍。

混床由陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂混合而成，能夠同時去除水中的陰離子和陽離子。在混床中，離子交換樹脂吸附水中的陽離子和陰離子，將其替換成相應(yīng)的水質(zhì)更高的離子。這個過程可以高效地去除水中的離子雜質(zhì)，提高水質(zhì)的純度，出水電導(dǎo)率低于0.2 μs/cm。

本文以煤油產(chǎn)業(yè)為例，在具體的脫鹽水制備案例中，一級反滲透進水由266.21 m3/h混合原水和從二級反滲透得到的50.57 m3/h濃水組合而成。在工業(yè)流程中監(jiān)測水中物質(zhì)含量，進水和產(chǎn)水?dāng)?shù)據(jù)對比如表1所示。

因此，在該系統(tǒng)的一個具體工業(yè)水脫鹽水制備案例中，脫鹽率和回收率分別為99.8%和84%，具有較好的脫鹽和水回收能力。

3結(jié)論

在化工行業(yè)中，工業(yè)水處理技術(shù)在脫鹽水制備過程中扮演著至關(guān)重要的角色。對混床過濾作為一種典型的工業(yè)水處理技術(shù)在脫鹽水制備中的應(yīng)用進行了深入探討。通過對實際案例的分析，我們發(fā)現(xiàn)：混床過濾技術(shù)能夠高效去除水中的離子和雜質(zhì)，使得脫鹽水的純度得以提升，從而滿足化工行業(yè)對高質(zhì)量水資源的需求。所設(shè)計的工業(yè)水中脫鹽水制備系統(tǒng)具有良好的表現(xiàn)，當(dāng)進水TDS為555.95 mg/L時，設(shè)備總產(chǎn)水量達84%，脫鹽率達99.8%，廢水TDS為3 550.44 mg/L，系統(tǒng)具有顯著的濃縮效果。本系統(tǒng)的設(shè)計和廣泛應(yīng)用對于提高化工行業(yè)脫鹽水制備的效率和水質(zhì)，保障生產(chǎn)安全，具有重要的理論和實踐意義。

參考文獻：

［1］李福生.利用反滲透廢水作為循環(huán)水補充水的實踐［J］.石油化工環(huán)境保護，2001（3）：5154.

［2］吳唯民，杜松.現(xiàn)代煤化工廢水處理研究進展及展望［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2018，46（9）：13.

［3］佘白蘭.化工企業(yè)化學(xué)水處理的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.化工給排水設(shè)計，1993（1）：59.

［4］程方，刑國平，劉紅斌.水處理與膜分離技術(shù)問答［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［5］李瀚瀟.煤化工脫鹽水處理工藝設(shè)計［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2019.