反滲透濃水再利用

蔡巧燕

（新鑫礦業(yè)股份有限公司阜康冶煉廠阜康831500）

反滲透濃水再利用

蔡巧燕

（新鑫礦業(yè)股份有限公司阜康冶煉廠阜康831500）

反滲透系統(tǒng)在運(yùn)行中必須排放一定量的濃水以保證膜表面不結(jié)垢污堵，是造成水資源消耗高的主要原因。本文闡述了利用原有備用的反滲透設(shè)備，以濃水作為其進(jìn)水達(dá)到濃水回用的方法，有效提高了反滲透的產(chǎn)水率。

反滲透濃水膜結(jié)垢產(chǎn)水率

反滲透水處理技術(shù)近年來已得到了廣泛的應(yīng)用，因其不使用酸堿等化學(xué)藥劑、不污染環(huán)境、操作簡便的優(yōu)點，讓更多的企業(yè)采用此項水處理技術(shù)。但其產(chǎn)水率不足75%，在水資源嚴(yán)重缺乏的今天和節(jié)能減排工作的要求下，必須要加大反滲透濃水的利用量，提高反滲透產(chǎn)水率。

新鑫礦業(yè)阜康冶煉廠動力車間反滲透系統(tǒng)年產(chǎn)濃水約10萬噸，近年來為了節(jié)約水資源，大力開展?jié)馑倮庙椖康难芯?，但因濃水含鹽量高，生產(chǎn)領(lǐng)域和綠化等都無法使用，只是將濃水用于反滲透預(yù)處理設(shè)備的反洗用，年使用量不足1萬噸。2015年初動力車間濃水再利用項目獲得了突破，使反滲透產(chǎn)水率提高至85%以上?，F(xiàn)將反滲透濃水再利用工藝介紹如下。

1 原有反滲透工藝流程

新鑫礦業(yè)阜康冶煉廠動力車間反滲透用水采用地下水，水處理系統(tǒng)的設(shè)計為1×60m3/h和2×60m3/h兩套反滲透系統(tǒng)，各自帶有獨(dú)立的預(yù)處理系統(tǒng)。設(shè)計回收率為75%，脫鹽率≥98%，兩套反滲透裝置均采用一級兩段7∶4排列。阻垢劑采用美國原裝PWT公司阻垢劑，型號為TianASD/SC，為11倍濃縮液，具有加入量少，員工勞動強(qiáng)度低，阻垢效果好的特點。阻垢劑加入濃度根據(jù)原水水質(zhì)控制在3.5ppm。反滲透出水電導(dǎo)率維持在8～12μS/cm。原有工藝流程見圖1。

圖1 系統(tǒng)工藝流程

兩套系統(tǒng)運(yùn)行均可采用PLC自動控制，整套裝置在預(yù)處理、工藝流程和工藝參數(shù)的控制都比較合理，在運(yùn)行過程中均保持了穩(wěn)定的段間壓差和脫鹽率，產(chǎn)水量和出水水質(zhì)常年都保持穩(wěn)定。每年膜清洗一次作為維護(hù)。兩套反滲透系統(tǒng)采用一開一備的方式。其中1×60m3/h反滲透系統(tǒng)自2007年底投運(yùn)，運(yùn)行時間長其出水電導(dǎo)率＞18μs/cm，所以選擇將其作為備用設(shè)備，進(jìn)行低壓沖洗維護(hù)。

2 濃水再利用方案選擇

阜康冶煉廠動力車間的反滲透系統(tǒng)生水消耗量占全車間生水消耗量的95%以上，要順利實現(xiàn)濃水的再利用，只能考慮將濃水回用于反滲透系統(tǒng)。我們提出了兩種方案。

方案一：保持原有工藝，運(yùn)行參數(shù)不變，將部分濃水與原水混合回收使用。需新建容積不小于50m3的水箱（圖2）。實施第一種方案，投資少，簡便易行，但只能回收全部濃水的20%～30%，濃水與原水不能充分混勻，造成進(jìn)入反滲透的水質(zhì)不穩(wěn)定。

圖2 方案一工藝流程

方案二：將2×60m3/h反滲透系統(tǒng)的濃水作為1× 60m3/h反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水，產(chǎn)水進(jìn)入2×60m3/h反滲透預(yù)的生水箱，濃水排放。產(chǎn)水率控制在60%～65%，實現(xiàn)了濃水全部回收，可將反滲透的總產(chǎn)水率提高至85%以上（圖3）。實施第二種方案，投資少，簡便易行，全部濃水都能回用。但需要確認(rèn)膜的結(jié)垢傾向，若結(jié)垢會造成備用的1×60m3/h反滲透系統(tǒng)膜迅速結(jié)垢，不能正常運(yùn)行。

圖3 方案二工藝流程

2.1 分析濃水進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)后膜結(jié)垢傾向

2.1.1 水質(zhì)分析及計算

表12 ×60t反滲透進(jìn)水水質(zhì)mg·L-1

表2 反滲透濃水水質(zhì)mg·L-1

反滲透膜在長期運(yùn)行過程中，可溶鹽的濃縮使膜表面濃縮水和給水之間會產(chǎn)生濃度差，嚴(yán)重時會產(chǎn)生“濃度極化”，造成滲透壓升高，驅(qū)動壓降低，膜的水通量降低；膜兩側(cè)鹽的濃度差增大，使產(chǎn)水含鹽量增大；同時增大了難溶鹽沉淀析出傾向，導(dǎo)致膜的污堵，因此對水質(zhì)進(jìn)行分析。

將表2數(shù)據(jù)代入朗格利爾飽和指數(shù)進(jìn)行計算：

式中：pHC為濃水pH值；pHs為CaCO3飽和時的pH值。

在陶氏公司的《反滲透膜與納濾膜元件產(chǎn)品與設(shè)計手冊》中，明確給出控制碳酸鈣結(jié)垢的條件為：

（a）LSIc＜0不需要投加阻垢劑；

（b）LSIc≤1.8～2.0單獨(dú)投加阻垢劑或完全采用化學(xué)軟化；

（c）LSIc＞1.8～2.0加酸至LSIc達(dá)1.8～2.0后，在投加阻垢劑。

2.1.2 計算結(jié)論

雖然通過計算濃縮水的碳酸鈣飽和指數(shù)大于零，具有較明顯結(jié)垢傾向。但是仍然符合反滲透阻垢劑給定的防止碳酸鹽結(jié)垢的LSIc值。即在該水質(zhì)條件下運(yùn)行，阻垢劑的作用可使?jié)馑腥芙恹}不在反滲透膜表面析出沉淀。

2.2 方案選擇

確定了濃水水質(zhì)與膜的結(jié)垢傾向，對比兩個方案，方案一需要增加一個濃水箱，濃水回收量沒有方案二高；方案二不需要增加新設(shè)備，可利用原有設(shè)備實現(xiàn)，只是進(jìn)行管路連接?？蓪崿F(xiàn)濃水全部回收，更經(jīng)濟(jì)，故選定第二種方案。

3 方案實施

（1）將2×60m3/h反滲透系統(tǒng)1#、2#反滲透濃水分別用Ф50的管路連接至1×60m3/h反滲透系統(tǒng)生水箱。

（2）為了增加濃水的儲存量，我們將1×60m3/h反滲透系統(tǒng)的生水箱與純水箱連通，連通后儲水量達(dá)到250m3。

（3）將1×60m3/h反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水管路改至生產(chǎn)冷凝水回收池（原有），通過冷凝水回收泵將反滲透產(chǎn)水與生產(chǎn)冷凝水混合后打入2×60m3/h反滲透系統(tǒng)的生水箱。

（4）根據(jù)水質(zhì)條件，將阻垢劑加入濃度確定為4ppm。

4 運(yùn)行效果

（1）2015年2月完成濃水回收改造工作，進(jìn)入試運(yùn)行階段。通過兩個月的運(yùn)行，反滲透段間壓力、產(chǎn)水量、濃水量、產(chǎn)水電導(dǎo)都很穩(wěn)定，無明顯變化，這表明對膜表面結(jié)構(gòu)傾向的判定及阻垢劑藥劑的加入濃度都是合理的。反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率維持在65～75μs/cm。將這種水質(zhì)與原水混合后，降低了2×60m3/h反滲透系進(jìn)水的含鹽量，降低了反滲透除鹽的負(fù)擔(dān)，同時降低了2×60m3/h反滲透系統(tǒng)的進(jìn)SD值，使進(jìn)水條件更加符合反滲透進(jìn)水水質(zhì)的要求?？捎行Ы档头礉B透膜清洗的次數(shù)，延長膜的使用壽命。2015年系統(tǒng)試運(yùn)行15天，總產(chǎn)水率達(dá)到了81.66%，3月全月運(yùn)行產(chǎn)水率達(dá)到86.32%。合計共節(jié)約原水9402m3，預(yù)計全年可節(jié)約原水6萬m3。經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都相當(dāng)可觀，見表3、表4。

（2）因1×60m3/h反滲透系統(tǒng)全部用濃水作為其進(jìn)水水源，由于濃水的溫度為20～25℃，因此在運(yùn)行中無需用蒸汽加熱進(jìn)水。

表3 濃水全部回收后1×60t反滲透運(yùn)行數(shù)據(jù)

表4 產(chǎn)水率計算數(shù)據(jù)

（3）因濃水的懸浮物及膠體含量非常低，所以預(yù)處理產(chǎn)水的SDI值＜1,非常低，預(yù)處理運(yùn)行兩個月未進(jìn)行過反洗。

5 濃水再利用過程注意事項

（1）嚴(yán)格控制阻垢劑的加入量，確保膜表面不結(jié)垢。

（2）嚴(yán)格控制反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水率，根據(jù)濃水水質(zhì)條件，將產(chǎn)水率調(diào)整為65%左右。產(chǎn)水率過高會引起膜迅速結(jié)垢污堵。

6 總結(jié)

針對于阜康冶煉廠動力車間反滲透設(shè)備的現(xiàn)狀，利用備用的反滲透機(jī)組達(dá)到濃水回用的目的，不但增加了設(shè)備的可開動率，而且有效的降低了能源消耗，此方法在濃水水質(zhì)允許的情況下，是提高反滲透產(chǎn)水率的最佳辦法。缺點是在濃水回用系統(tǒng)中目前的出力偏大，設(shè)備啟停次數(shù)增加。不利于該設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行?？蓪?∶4排列改為6∶3排列，進(jìn)水連接處加裝盲板，人為降低設(shè)備的出力。

工業(yè)鍋爐、電站鍋爐及化工工藝用水，應(yīng)盡可能的在初始設(shè)計階段，考慮濃水的回用問題，這樣在設(shè)備的連接、選型等會更加的合理，能耗更低，回用效果會更安全可靠。

［1］陶氏化學(xué)水處理事業(yè)部.反滲透和納濾膜元件產(chǎn)品與技術(shù)手冊.

［2］齊東子.關(guān)于碳酸鈣飽和pH值的計算公式.

［3］馮敏.現(xiàn)代水處理技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版社，2006.

收稿：2015-4-21

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2015.04.029