脫鹽水站擴(kuò)能改造

丁寧，吳小金

（安徽東華環(huán)境市政工程有限責(zé)任公司，合肥 230088）

脫鹽水站擴(kuò)能改造

丁寧，吳小金

（安徽東華環(huán)境市政工程有限責(zé)任公司，合肥 230088）

由于脫鹽水站產(chǎn)水量達(dá)不到需水量要求，擴(kuò)能改造工程將工業(yè)廢水回用水與原脫鹽水站一級反滲透產(chǎn)水混合后進(jìn)入二級反滲透進(jìn)行脫鹽，降低后續(xù)混床進(jìn)水的可溶性固體物質(zhì)濃度，并新增1臺混床與原混床并聯(lián)，增加混床處理水量。擴(kuò)能改造后，脫鹽水站運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)水量滿足鍋爐補(bǔ)給水要求。

脫鹽水站；二級反滲透；擴(kuò)能改造；混床

匯能煤化工項目脫鹽水站于2013年建成投產(chǎn)，設(shè)計產(chǎn)水量為250 m3/h。脫鹽水站原水來自凈化站，采用反滲透-混床工藝進(jìn)行脫鹽，產(chǎn)品水全部用作鍋爐補(bǔ)給水。但是自工廠建成投產(chǎn)以來，脫鹽水站實際進(jìn)水的含鹽量遠(yuǎn)高于設(shè)計值，使得水站主要工藝設(shè)備無法正常運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致脫鹽水站產(chǎn)水量達(dá)不到設(shè)計水平。此外，在實際運(yùn)行中，工廠鍋爐補(bǔ)給水的需水量大于原脫鹽水站的設(shè)計產(chǎn)水量，從而進(jìn)一步擴(kuò)大了脫鹽水用水量缺口。為了保證鍋爐補(bǔ)給水的水質(zhì)、水量，確保工廠主裝置穩(wěn)定運(yùn)行，對該脫鹽水站進(jìn)行擴(kuò)能改造。

1 原有脫鹽水站處理工藝

1.1 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

脫鹽水站原水為經(jīng)凈化站去除濁度的地表水，產(chǎn)水用作工廠鍋爐補(bǔ)給水，原設(shè)計進(jìn)、出水水量和水質(zhì)見表1。

表1 原設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)、水量Tab.1 Original design quantity and quality of influent and effluent water

1.2 工藝流程

原脫鹽水站工藝流程見圖1。原水經(jīng)多介質(zhì)過濾器去除濁度后，進(jìn)入超濾裝置進(jìn)一步去除水中的膠體和大分子雜質(zhì)以達(dá)到反滲透進(jìn)水水質(zhì)要求。超濾產(chǎn)水經(jīng)反滲透脫鹽后進(jìn)入脫氣塔去除CO2后貯存在中間水池中。脫氣水經(jīng)中間水泵提升進(jìn)入混床進(jìn)一步精制，使其出水電導(dǎo)率達(dá)到設(shè)計要求［1］。

圖1 原脫鹽水站處理流程Fig.1 Original treatment process of desalted water station

1.3 存在問題

自脫鹽水站建成投產(chǎn)以來，裝置運(yùn)行不穩(wěn)定，脫鹽水產(chǎn)水量無法滿足鍋爐補(bǔ)給水要求，主要表現(xiàn)為以下兩方面。

（1）裝置運(yùn)行不穩(wěn)定。脫鹽水站自投產(chǎn)以來，裝置內(nèi)工藝設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，產(chǎn)水水量、水質(zhì)無法達(dá)到設(shè)計要求。①原脫鹽水站設(shè)計要求進(jìn)水的ρ（TDS）≤400 mg/L，經(jīng)一級反滲透脫鹽后進(jìn)入混床的工藝水的ρ（TDS）≤5 mg/L。而在實際運(yùn)行中，脫鹽水站進(jìn)水的ρ（TDS）=900～1 000 mg/L，一級反滲透產(chǎn)水的ρ（TDS）＞10 mg/L，混床進(jìn)水負(fù)荷約為設(shè)計值的2倍，混床實際運(yùn)行的再生周期遠(yuǎn)低于設(shè)計值。頻繁再生不僅消耗大量藥劑，還使得脫鹽水站產(chǎn)水量達(dá)不到預(yù)期要求［2］。②原脫鹽水站的多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水直接進(jìn)入超濾裝置，這種母管配水的方式會導(dǎo)致超濾進(jìn)水水質(zhì)和水量不穩(wěn)定，影響超濾裝置的正常運(yùn)行。此外，原脫鹽水站的多介質(zhì)過濾器反洗水來自超濾水箱，根據(jù)運(yùn)行工況計算，多介質(zhì)過濾器反洗水總消耗量約為產(chǎn)水量的5%左右，即約19 m3/h，占超濾產(chǎn)水的10%左右，進(jìn)一步降低了超濾產(chǎn)水率。

（2）脫鹽水產(chǎn)水量不足。脫鹽水站裝置運(yùn)行不穩(wěn)定嚴(yán)重影響了脫鹽水站的產(chǎn)量，在實際運(yùn)行中，脫鹽水站產(chǎn)水量僅為180～200 m3/h，達(dá)不到設(shè)計要求。此外，工廠主裝置投產(chǎn)后，鍋爐補(bǔ)給水最大需水量為350 m3/h，大于原設(shè)計水量，因而脫鹽水用水量缺口進(jìn)一步擴(kuò)大。脫鹽水水量不足已經(jīng)成為影響主裝置滿負(fù)荷運(yùn)行的主要因素。

2 脫鹽水站擴(kuò)能改造方案

針對該脫鹽水站存在的問題，本次擴(kuò)能改造從以下幾方面對原工藝進(jìn)行了改造。

2.1 引進(jìn)回用水

根據(jù)原設(shè)計，脫鹽水站即使?jié)M負(fù)荷運(yùn)行，其產(chǎn)水量也無法滿足鍋爐補(bǔ)給水的需求。目前廠區(qū)工業(yè)廢水經(jīng)深度處理后生產(chǎn)的回用水存在富余，參照以往經(jīng)驗，將回用水與脫鹽水經(jīng)勾兌后可以作為工業(yè)用水［3］。脫鹽水站實際原水水質(zhì)、一級反滲透產(chǎn)水水質(zhì)和回用水水質(zhì)見表2。

表2 主要工藝水水質(zhì)Tab.2 Water quality of main treatment units

回用水站處理工藝為超濾-反滲透，水中幾乎不存在影響后續(xù)處理的濁度、膠體等物質(zhì)，因此無需增加過濾設(shè)備。由表2可知，回用水中ρ（TDS）= 20 mg/L，無其他污染物質(zhì)，可以引入脫鹽水站進(jìn)一步精制脫鹽以彌補(bǔ)鍋爐補(bǔ)給水缺口。此外，由于一級反滲透產(chǎn)水ρ（TDS）≈10 mg/L高于混床進(jìn)水TDS設(shè)計值，在一級反滲透后續(xù)增加二級反滲透，降低混床進(jìn)水負(fù)荷。

此外，回用水作為反滲透產(chǎn)水，前端的CO32-會以CO2形式存在于水中，而CO2可全部透過反滲透膜。當(dāng)二級反滲透產(chǎn)水進(jìn)入混床后，水中游離的CO2與陰樹脂接觸時，轉(zhuǎn)化為CO32-或HCO3-會消耗樹脂容量。因此，回用水站在進(jìn)入二級反滲透前應(yīng)經(jīng)脫氣塔去除水中游離的CO2?；赜盟c一級反滲透產(chǎn)水混合后進(jìn)入脫氣塔脫氣，脫氣水再經(jīng)二級反滲透-混床脫鹽精制為脫鹽水。

按二級反滲透產(chǎn)水率75%，混床產(chǎn)水率90%來計算，為彌補(bǔ)脫鹽水150 m3/h的缺口，脫鹽水站應(yīng)引入的回用水量為250 m3/h。

2.2 脫氣塔和中間水池改造

原脫氣塔進(jìn)水僅為一級反滲透產(chǎn)水，設(shè)計處理水量為250 m3/h。引進(jìn)回用水后，脫氣塔處理水量應(yīng)為500 m3/h。擴(kuò)建工程拆除原有脫氣塔，新增2座單臺處理水量為250 m3/h脫氣塔。脫氣水貯存在中間水池中，原中間水池容量為250 m3，核算改造后脫氣水在水池中的水力停留時間為0.5 h，仍滿足貯存要求，因此中間水池利舊。原工藝流程中，中間水池的脫氣水經(jīng)中間水泵提升后直接進(jìn)入精制混床，原中間水泵為2用1備，Q=130 m3/h，H=45 m。脫鹽水站經(jīng)改造后，中間水泵用以將脫氣水提升進(jìn)入二級反滲透裝置，總提升水量為500 m3/h?？紤]到運(yùn)行過程中二級反滲透沖洗、檢修時水量分配，新增4臺（3用1備）中間水泵，Q=170 m3/h。估算二級反滲透保安過濾器最大壓損為0.1 MPa，考慮管道損失等因素，水泵揚(yáng)程取30 m。

2.3 增加二級反滲透裝置

二級反滲透進(jìn)水包括一級反滲透產(chǎn)水和回用水，總處理水量為500 m3/h。設(shè)置3套反滲透裝置，單套處理水量為170 m3/h，產(chǎn)水率≥75%，3 a內(nèi)脫鹽率≥95%。反滲透裝置采用的膜元件為美國陶氏公司HRLE-440i型膜，通過陶氏軟件計算二級反滲透裝置采用2段式，以14∶7的配比排列，單支膜殼內(nèi)的濾芯為6支。每套反滲透裝置設(shè)置單獨的產(chǎn)水和濃水管道。反滲透成套裝置內(nèi)產(chǎn)設(shè)置沖冼管道和化學(xué)清洗管道。管道上設(shè)必要的自控、手動閥門、監(jiān)測儀表等。為了避免高壓泵開啟時的水錘保護(hù)反滲透膜，進(jìn)水管道上設(shè)置進(jìn)水電動慢開閥。為了防止反滲透關(guān)閉后，產(chǎn)水系統(tǒng)產(chǎn)生背壓從而導(dǎo)致反滲透膜破裂，在每套反滲透產(chǎn)水總管上設(shè)置爆破膜［4］。

根據(jù)軟件計算，反滲透一段進(jìn)水最小壓力應(yīng)達(dá)到0.71 MPa以上，設(shè)置3臺一對一的高壓泵，Q= 170 m3/h和H=100 m。

根據(jù)表2，一級反滲透產(chǎn)水和回用水的總硬度均為未檢出，因此可以忽略無機(jī)結(jié)垢對膜的傷害，無需再在二級反滲透進(jìn)水中投加阻垢劑，從而降低了運(yùn)行成本［5］。為了避免平板膜發(fā)生微生物污堵，在二級反滲透進(jìn)水中加入非氧化性殺菌劑，投加量約為5 mg/L［6］。同時為了進(jìn)一步降低進(jìn)水中游離的CO2，防止其進(jìn)入混床消耗陰離子樹脂容量，二級反滲透進(jìn)水中加堿（NaOH）將pH值調(diào)至8.5左右［7］。此外，較高的pH值可有效地減輕反滲透膜的有機(jī)污染。為了便于操作控制，非氧化性殺菌劑和堿投加裝置采用成套加藥系統(tǒng)。

2.4 混床擴(kuò)能改造

工藝水經(jīng)二級反滲透脫鹽后進(jìn)入淡水箱，由淡水泵提升進(jìn)入精制混床進(jìn)行進(jìn)一步脫鹽。原脫鹽水站已有2臺精制混床（1用1備），規(guī)格為φ2 800 mm，陽樹脂和陰樹脂填充高度分別為500 mm和1 000 mm，單臺混床的處理水量為250 m3/h。擴(kuò)能改造后，混床進(jìn)水總水量為380 m3/h，由于混床需要周期性再生，必需保證在1臺混床再生時，另外2臺混床的處理水量能滿足要求。新增1臺混床，Q=200 m3/h，根據(jù)設(shè)計規(guī)范，混床內(nèi)液體上升流速為40～60 m/h，計算取混床規(guī)格為φ2 500 mm。混床陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂的填充高度分別為500 mm和1 000 mm。新增混床運(yùn)行周期為7 d，再生酸和再生堿裝置利舊。

2.5 新增多介產(chǎn)水箱

由于超濾進(jìn)水的水量、水質(zhì)不穩(wěn)定導(dǎo)致其反沖洗周期降至30 min，化學(xué)加強(qiáng)反沖洗周期降至30 d。頻繁沖洗不僅降低了超濾中空纖維膜的使用壽命，還降低了超濾產(chǎn)水率。在多介產(chǎn)水主管后增加多介產(chǎn)水箱，穩(wěn)定超濾進(jìn)水的水質(zhì)、水量，降低超濾沖洗頻率，使超濾產(chǎn)水量恢復(fù)至90%～95%。此外，將多介質(zhì)過濾器反洗水泵吸水口位置由超濾水箱改為多介產(chǎn)水箱，可節(jié)約19 m3/h左右的水量。

多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水總水量為400 m3/h，取水力停留時間1 h，設(shè)置2座多介水箱，單座水箱有效容積為200 m3/h，采用碳鋼襯膠材質(zhì)。

改造后的流程見圖2，虛線框為原脫鹽水站裝置，實線框為新增或改造裝置。

圖2 脫鹽水站擴(kuò)能改造處理流程Fig.2 Treatment process of desalted water station after capacity expansion revamping

3 運(yùn)行效果

該脫鹽水站自2015年9月改造完成后投產(chǎn)使用，脫鹽水站內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，目前總產(chǎn)水量為380 m3/h，滿足鍋爐補(bǔ)給水使用要求。脫鹽水產(chǎn)水電導(dǎo)率＜0.2 μS/cm，達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

（1）在混床前增加二級反滲透裝置可有效降低混床進(jìn)水負(fù)荷，解決混床頻繁再生導(dǎo)致的產(chǎn)水量下降、樹脂使用壽命降低，再生劑使用過量等問題。該舉措不僅提高了裝置產(chǎn)水量，還減少了運(yùn)行費用，適用于脫鹽水站改造等項目。

（2）工業(yè)廢水經(jīng)深度處理后生產(chǎn)的回用水可進(jìn)一步精制脫鹽，與脫鹽水勾兌作為工業(yè)鍋爐補(bǔ)給水。這一舉措充分利用了回用水產(chǎn)水，為脫鹽水站進(jìn)水提供優(yōu)質(zhì)水源。

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Capacity expansion revamping of desalted water station

DING Ning，WU Xiao-jin
（Anhui Donghua Environment and Municipal Engineering Co.，Ltd.，Hefei 230088，China）

In view of the fact that water yield of desalted water station can not reach the requirement of water demand，a capacity expansion revamping project was implemented，which using two stage reverse osmosis to desalt the mixture of industrial wastewater reuse water and effluent water from one stage reverse osmosis unit of the original desalted water station，so as to reduce the soluble solid concentration of subsequent mixed bed influent water.Besides，in order to increase the water treatment capacity，one more mixed bed was newly adopted and combined with the original mixed bed in parallel.Upon the completion，the operation of the desalted water station was stable，and the water yield met the requirement of boiler feedwater.

desalted water station；two stage reverse osmosis；capacity expansion revamping；mixed bed

TQ085；X703.1

A

%1009-2455（2016）05-0043-04

丁寧（1989-），女，安徽霍邱人，助理工程師，碩士，研究方向為水污染處理，（電子信箱）dingning@chinaecec.com。

2016-06-24（修回稿）