反滲透膜更換低磷阻垢劑

孫海燕++周祖兵

[摘 要]長期以來，化工企業(yè)中脫鹽水系統(tǒng)采用的反滲透膜所使用的阻垢劑大多采用磷系配方藥劑，使得反滲透排放的濃鹽水中磷含量較高，濃水排放中的高磷含量進(jìn)入水體后會(huì)造成赤潮現(xiàn)象。 為保護(hù)環(huán)境，需從源頭降低廢水排放中磷的含量。本文通過對(duì)反滲透膜阻垢劑由磷系藥劑更換為低磷藥劑的數(shù)據(jù)分析總結(jié)，得出了通過更換藥劑種類而使得濃水排放到達(dá)環(huán)保要求的水質(zhì)結(jié)論。

[關(guān)鍵詞]反滲透；阻垢劑；濃水；總磷；

中圖分類號(hào)：TU991.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）40-0330-02

一、引言

山西晉豐煤化工有限公司，是由山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限公司和山西陽煤豐喜肥業(yè)股份有限公司共同出資組建的大型煤化工企業(yè)，公司2003年成立，初始設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)合成氨36萬噸，尿素52萬噸，主要生產(chǎn)尿素、多肽尿素、甲醇、液氨、硫磺等化肥、化工產(chǎn)品。

公司配套脫鹽水裝置采用一體化凈水器+多介質(zhì)過濾器+活性炭過濾器+保安過濾器+反滲透+除碳器+混床的傳統(tǒng)處理工藝。反滲透是二十世紀(jì)后期迅速發(fā)展起來的膜法水處理方式，它是將苦咸水處理、海水淡化、工業(yè)水制取除鹽水、純水、高純水等制備的最有效方法之一。它中心技術(shù)是反滲透膜，該膜是一種用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能夠在外加壓力的作用下使水溶液中的某些組分選擇性透過，從而達(dá)到水體淡化、凈化的目的。在2013年以前公司脫鹽水裝置反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水直接外排，隨著國家環(huán)保部及國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的《合成氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13458-2013）后要求合成氨生產(chǎn)企業(yè)總磷<0.5mg/L、總氮<35mg/L，而我車間脫鹽水3套100t/h反滲透和1套60t/h中水反滲透產(chǎn)生的濃鹽水進(jìn)行化驗(yàn)監(jiān)測(cè)總磷分別為3mg/L、6mg/L總氮：23.05mg/L，總磷不符合新的排放標(biāo)準(zhǔn)，為此在脫鹽水裝置及濃鹽水回用裝置由磷系配方阻垢劑改為低磷配方阻垢劑進(jìn)行試運(yùn)行。

二、工藝簡介

2.1 反滲透

反滲透（英文Reverse osmosis簡稱RO）的工作過程是原水在膜的一側(cè)從一端流向另一端，水分子透過膜表面，從原水側(cè)到達(dá)另一側(cè)，而無機(jī)鹽離子就留在原來的一側(cè)。隨著原水的流程逐漸增長，水分子不斷從原水中取走，留在原水中的含鹽量逐步增大，即原水逐步得到濃縮，而最終成為濃水，從裝置中排出。濃水受濃縮后各種離子濃度將成倍增加。自然水源中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、SiO2、SO42-、HCO3-等傾向于產(chǎn)生結(jié)垢的離子濃度積一般都小于其平衡常數(shù)，所以不會(huì)有結(jié)垢出現(xiàn)，但經(jīng)濃縮后，各種離子的濃度積都有可能大大超過平衡常數(shù)，因此會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢。

添加阻垢劑可以延緩鹽晶體成長來推遲沉淀過程，促使晶體不會(huì)形成一定大小和足夠的濃度而沉降下來。采用此方法也可防止反滲透的結(jié)垢污染。

2.2 反滲透原理

當(dāng)把一張具有一定透過性的薄膜放到溶液中時(shí)，膜對(duì)溶劑或溶質(zhì)表現(xiàn)出一定的選擇透過性，即膜或是使溶劑通過或是使溶質(zhì)通過，前者稱為滲透，后者稱為滲析。

若所用的薄膜只能使溶液中的溶劑或溶質(zhì)單獨(dú)通過，溶劑和溶質(zhì)不能同時(shí)通過，這種薄膜稱為半透膜。對(duì)于反滲透、滲析及電滲析使用的是致密膜，而超過濾及微孔過濾使用的是多孔質(zhì)膜。

反滲透是反其自然滲透過程的一種科學(xué)方法，滲透和反滲透均是通過半透膜來完成的，當(dāng)用半透膜隔開兩種不同濃度的溶液時(shí)，稀溶液中的溶劑就會(huì)透過半透膜進(jìn)入濃溶液一側(cè)，這種現(xiàn)象叫滲透。當(dāng)在濃溶液側(cè)施加一外來壓力時(shí)，滲透過程即停止，即達(dá)到所謂滲透平衡，平衡狀態(tài)所需要的外加壓力稱為滲透壓差。滲透壓是溶液本身的一種性質(zhì)，其值與膜無關(guān)。當(dāng)繼續(xù)增大濃溶液一側(cè)的壓力，即所施壓力大于滲透壓力時(shí)，溶劑會(huì)反其原來的滲透方向，由濃溶液側(cè)通過半透膜進(jìn)入稀溶液側(cè)，這種現(xiàn)象稱為反滲透。

2.3 反滲透膜的脫鹽原理

對(duì)于反滲透膜的脫鹽機(jī)理，目前有幾種不同看法。主要是“選擇吸附-毛細(xì)管流動(dòng)理論”和“篩分理論”，此外還有“氫鍵理論”以及“溶解擴(kuò)散理論”?，F(xiàn)簡述“選擇吸附-毛細(xì)管流動(dòng)理論”和“篩分理論”。當(dāng)含鹽的水溶液與多孔的半透膜表面接觸時(shí)，則在膜的溶液界面上選擇吸附一層水分子，在反滲透壓力的作用下，通過膜的毛細(xì)管作用流出純水，并連續(xù)地形成和流出這個(gè)界面純水層。該機(jī)理闡明在半透膜的表皮上布滿了許多極細(xì)的膜孔，在膜的表面選擇吸附了一層水分子，鹽類溶質(zhì)則被排斥，化合價(jià)越高的離子被排斥的越遠(yuǎn)，膜孔周圍的水分子在反滲透壓力的推動(dòng)下，通過膜孔流出純水，因而達(dá)到除鹽的目的。當(dāng)膜孔大于反滲透膜孔范圍時(shí)，鹽的水溶液就泄漏過膜，其中的一價(jià)鹽泄漏較多，二價(jià)鹽次之，三價(jià)鹽更次之。

至于對(duì)于有機(jī)物的去除，純屬篩分機(jī)理。反滲透膜能濾除各種細(xì)菌，如最小的細(xì)菌之一綠膿桿菌；也能濾除各種病毒，還能濾除熱源。

三、投用低磷配方阻垢劑時(shí)反滲透濃水排放及運(yùn)行情況

3.1 投加低磷阻垢劑期間反滲透濃水排放的水質(zhì)情況（表1）：

試用期間分析反滲透進(jìn)水中總磷分別為：0.028ppm、0.04ppm，無大幅水質(zhì)波動(dòng)狀況。從以上分析數(shù)據(jù)來看4套R(shí)O總磷、總氮經(jīng)過一周運(yùn)行后符合合成氨污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 投加無磷阻垢劑期間反滲透的運(yùn)運(yùn)情況（表2）

從以上運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看：試用無磷阻垢劑期間3套100t/h反滲透運(yùn)行壓力根據(jù)進(jìn)水水溫整體上升或下降，進(jìn)水壓力正常變化，運(yùn)行總壓差無明顯上升情況。監(jiān)測(cè)RO裝置脫鹽率（以電導(dǎo)率計(jì)）均>98%，對(duì)水的回收率：73.5%，濃鹽水回用系統(tǒng)17日拆出中水一、二段膜元件觀察其膜表面無結(jié)垢現(xiàn)象。

四、結(jié)論

通過實(shí)際運(yùn)行，反滲透裝置阻垢劑由磷系配方改為低磷配方的藥劑，對(duì)反滲透膜的處理水量、產(chǎn)水量、運(yùn)行壓差及產(chǎn)水水質(zhì)基本沒有較大影響，通過改用低磷藥劑后使得反滲透濃水中的總磷、總氮指標(biāo)達(dá)到了新的國家《合成氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，杜絕了反滲透濃水所造成的環(huán)境污染。