膜分離和離子交換組合技術的設計應用分析

尚恒星

摘 要：由于膜分離和離子交換組合技術在環(huán)境友好，運行成本方面相對于其他工藝系統(tǒng)較有優(yōu)勢，在石油化工項目脫鹽水站設計中得到廣泛的應用。反滲透膜法處理工藝在除鹽上的高效、能耗低，受原水水質影響小等優(yōu)點，并采用高壓泵的變頻拖動，以混床替代 EDI 裝置等有效措施，極大地推動了此水處理工藝的應用范圍。該文從工藝系統(tǒng)，設備選型、材料選擇、控制系統(tǒng)、廢水排放等幾個方面介紹了膜分離和離子交換組合技術的設計，分析了此種工藝的特點，能夠滿足出水水質、環(huán)境友好、運行成本的要求。

關鍵詞：水處理系統(tǒng) 膜分離和離子交換組合技術 超濾 反滲透 混床

中圖分類號：TQ028.8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0120-02

常見的脫鹽水站水處理方案主要有純離子交換技術，膜分離和離子交換組合技術以及全膜法。純離子交換技術運行中缺點較多，人員操作頻繁，勞動強度大；對環(huán)境的污染大，這種水處理方式已經逐漸被淘汰。全膜法作為一種比較先進的新技術，其主要優(yōu)點保證水質的連續(xù)穩(wěn)定，對環(huán)境無污染，易于安裝、操作和維護。但全膜法中的EDI膜成本較高。

膜分離和離子交換組合技術，主要工藝流程為超濾+反滲透（RO）+混床，從綜合效能上擇優(yōu)搭配膜分離技術和離子交換技術， 有效地減少了廢酸堿的排放，降低了水耗、電耗，使水處理工藝更趨合理，更為高效、節(jié)能和清潔。該文以某石化項目脫鹽水站設計為例，對膜分離和離子交換組合技術的設計應用分析。

1 系統(tǒng)進水水質及工藝流程

根據(jù)全廠脫鹽水負荷情況，需第一脫鹽水站提供脫鹽水正常量為：350.295t/h，最大量為：542.295t/h（包括PTA裝置峰值用量），考慮適當?shù)挠嗔亢竺擕}水系統(tǒng)設計規(guī)模按500t/h，同時該項目設置兩臺容積為1500m3的脫鹽水箱用于當PTA裝置出現(xiàn)沖洗等間斷最大負荷時調峰用。

1.1 系統(tǒng)進水水質

系統(tǒng)進水為某凈水廠出水，其水質指標見表1。

1.2 工藝流程

根據(jù)產品水水質要求及脫鹽水站進水水質分析，本脫鹽水站采用的工藝流程如下：

自管網來的0.5MPa的新鮮（生產）水==>原水箱==>超濾供水泵==>生水加熱器（冬季用）==>自清洗過濾器==>超濾裝置==>超濾水箱==>反滲透供水泵==>保安過濾器==>反滲透高壓水泵==>反滲透裝置==>脫碳塔==>中間水箱==>中間水泵==>混合離子交換器==>脫鹽水罐==>脫鹽水泵==>用戶

2 工藝特點

2.1 預處理系統(tǒng)

預處理系統(tǒng)主要由原水箱，超濾供水泵、自清洗過濾器、超濾系統(tǒng)組成。

自清洗過器設置4套，其過濾精度≤100μm，單臺產水量180 t/h，采用質量可靠的疊片式過濾器。

超濾裝置包括超濾設備本體、超濾反洗系統(tǒng)、超濾化學增強反洗、超濾的化學清洗系統(tǒng)等。超濾裝置設置為4套，采用立式結構，每套凈產水量（不含自用水）163t/h。超濾系統(tǒng)出水管上設有取樣接口。取樣點的數(shù)量和位置能有效的診斷并確定系統(tǒng)的運行情況。每套超濾系統(tǒng)出水管上設有供SDI取樣的接口和取樣閥門。超濾系統(tǒng)出水母管上設有自動總排水閥。反洗系統(tǒng)采用恒流量調節(jié)，設置超壓保護。

通過預處理，能有效去除細小顆粒、懸浮物、微型顆粒及部分有機物。

2.2 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)包括阻垢劑加藥系統(tǒng)、還原劑加藥系統(tǒng)、保安過濾器、反滲透高壓水泵、反滲透裝置、RO清洗裝置、沖洗水泵等設備及相關的管道和儀表。

反滲透系統(tǒng)設置4套，每套凈產水量為130t/h。反滲透清洗裝置包括一臺清洗箱、一臺5μm過濾器和一臺清洗泵。當RO系統(tǒng)發(fā)生結垢或污堵時可對RO裝置進行化學清洗。為防止反滲透膜元件濃水側結垢，在反滲透進水母管加阻垢劑，確保反滲透裝置正常、穩(wěn)定、長周期運行。反滲透膜采用原裝進口的反滲透膜組件，確保反滲透裝置安全、穩(wěn)定的運行。膜設計通量按≤23 L/m2.h。規(guī)格：8x40〞。壓力容器（膜殼）材質：FRP。

反滲透系統(tǒng)運行為全自動控制，并為此配套完整的輔助設施。反滲透系統(tǒng)達到指標：系統(tǒng)脫鹽率≥97%（三年內），系統(tǒng)回收率為 ≥80%，對反滲透裝置各段給水及濃水、產品水管上設有足夠的接口及閥門，與清洗時與清洗液進出管相連。反滲透濃水排水裝流量控制閥（穩(wěn)流閥），以控制水的回收率。反滲透裝置設有程序啟停裝置，停用后能自動沖洗，進水總管上設置自動沖洗水閥門。反滲透裝置產品水管和濃水管設取樣點，取樣點的數(shù)量及位置能有效地診斷并確定系統(tǒng)的運行狀況。每套RO產水及濃水管路設流量監(jiān)測、每套產水設電導率檢測、每套產水母管設置流量監(jiān)測及每套反滲透裝置都能夠就地操作及顯示，配有就地控制盤并留有遠傳信號接口。

2.3 混合離子交換器

精處理系統(tǒng)設置直徑為2500mm混合離子交換器4臺，3開1備。設備材質為鋼襯膠，對離子交換本體上參與自動控制的閥門均為帶襯里的進口閥門，閥門質量應安全可靠。氣動閥應配帶位置反饋裝置及手操裝置?；旌想x子交換器所用樹脂采用質量可靠的混床專用樹脂

混床運行失效監(jiān)督有以下三項，其中任一項不滿足要求，切換進入自動再生程序。再生即可以手動、又可以全自動，也可以步操作。（1）混合離子交換器出水電導率超過0.2μs/cm（2）混合離子交換器出水SiO2超過20μg/L（3）周期累計制水量超過設定值。

反滲透產水經過脫碳塔后的水在混合離子交換器中進一步處理后達到指標如下：電導率≤0.2？s/cm @25℃ （該指標為混床監(jiān)督指標），總硬度～0 mg/L，SiO2≤0.02 mg/L。

2.4 控制水平

脫鹽水站的控制為DCS控制+上位機顯示，整個脫鹽水站的操作基本上實現(xiàn)了自動控制。

2.4.1 溫度控制

生水加熱器加熱系統(tǒng)采用溫度調節(jié)閥自動調節(jié)加熱蒸汽量保證出水溫度維持在15℃范圍內。

2.4.2 再生程序

混合離子交換器的再生是根據(jù)設備入口流量或在線電導率表和硅表執(zhí)行自動再生程序（再生可以自動、手動步操作），同時在線的電導率表和硅表均設有超限報警功能。

2.4.3 反滲透系統(tǒng)的啟停、運行程序

反滲透系統(tǒng)的啟動、運行、沖洗、停機備用等過程均可實現(xiàn)自動控制。同時，RO系統(tǒng)還設置一塊就地儀表盤和一塊就地操作盤，在就地盤上可讀出RO的有關工藝參數(shù)，以及能在就地操作盤上啟停RO進水高壓泵、及相關的自動閥門。對RO系統(tǒng)的重要參數(shù)如電導率、流量等均設有在線檢測儀表，并設定有超限報警功能。

2.4.4 加藥量的調節(jié)

各種加藥量是根據(jù)管道中水的流量按比例自動加藥。

2.4.5 各種水箱設有高低液位測試及超限報警功能。

2.4.6 中和系統(tǒng)排放

根據(jù)中和池液位高低自動啟停中和水泵，同時根據(jù)中和池pH值決定是否進行排放，如果pH值不在6～9范圍內，中和水泵在打循環(huán)同時自動打開酸或堿閥門調節(jié)pH值至達標排放要求后執(zhí)行自動排放程序。

自動控制有關詳細內容見儀表控制專業(yè)設計文件及供應商提供的有關資料。

各種水箱設有高低液位測試及超限報警功能。

3 主要設備及管道材料

3.1 主要設備

脫鹽水站水處理系統(tǒng)主要設備見表2。

在設備布置上按主要設備及酸堿系統(tǒng)室內布置，大型水箱布置在室外考慮。設備布置上盡量順工藝流程進行布置，帶腐蝕性質的設備集中布置，地溝在布置上進行清污分流，清凈的廢水匯合后直接排入地下排水系統(tǒng)，有污染及腐蝕的廢水匯合后流進中和池，進行中和后排放。

總占地：80.0m2×52.0m2，其中，酸堿儲罐間：15m2×12m2，單層，凈高8.0m；主廠房及泵房：66m2×21 m2，單層，主廠房凈高8.0m，泵房凈高5.0m以及其他輔助設施。

3.2 管道材料

管道材料選擇，見表3。

4 運行效果

4.1 消耗指標

脫鹽水站水處理系統(tǒng)各項消耗指標，見表4。

4.2 脫鹽水站外供產品水水質

根據(jù)用戶要求產品水達到的水質指標，見表5。

4.3 廢水排放及中和

自清洗過濾器排水及超濾反洗水排放：折算平均連續(xù)量：正常：24 t/h最大：34 t/h，進入中和池；

反滲透濃水排放：連續(xù)排放正常：91.3 t/h最大：132 t/h，含鹽廢水（含鹽量：1000～1850mg/l），排至地溝進入清凈下水系統(tǒng)。

混床再生后的酸堿廢水，折合20t/h，排至中和池。

中和池內的酸堿廢水經中和至pH值6～9，經中和水泵排至污水系統(tǒng)。該排水大約每隔4～5天排放1次，每次約2～3h，泵排：100 t/h。

5 結語

該系統(tǒng)在運行中，能夠滿足設計要求，得到業(yè)主的一致認可。

參考文獻

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