離子交換與反滲透法生產(chǎn)純水工藝比較

周 鏑

（吉恩鎳業(yè)，吉林 磐石 132311）

由于水處理設(shè)備的工藝是根據(jù)不同的入水水質(zhì)和出水要求而設(shè)計(jì)的，因此針對(duì)不同的原水水質(zhì)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)水處理方案才是最經(jīng)濟(jì)有效的方案，同時(shí)也是出水水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)到要求的保證。

離子交換法除鹽是傳統(tǒng)的除鹽工藝[1]，一直被認(rèn)為是唯一穩(wěn)定可靠的高純水生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)利用陰、陽(yáng)離子交換樹脂吸附水中的陰、陽(yáng)離子，釋放出氫離子（H+）和氫氧根（OH-），二者進(jìn)行中和達(dá)到除鹽的目的，失效后分別用鹽酸和液堿再生，因此完成除鹽過(guò)程需要消耗鹽酸和液堿。

反滲透除鹽是新興技術(shù)，一種膜分離工藝，在滲透現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，在含鹽水一側(cè)施壓將水中離子分離的技術(shù)，反滲透膜可以阻止分子量較大的有機(jī)物分子和溶解的無(wú)機(jī)鹽分子通過(guò)，其分離過(guò)程消耗的是動(dòng)力（電能）。下面從工藝流程、工藝特點(diǎn)和運(yùn)行成本等對(duì)兩種除鹽方法做比較。

1 工藝流程

1.1 40 t/h離子交換法除鹽工藝流程

多介質(zhì)過(guò)濾器（Φ2 400 mm×2臺(tái)）→陽(yáng)離子交換器→除CO2塔→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵→去工藝用水點(diǎn)。

1.2 反滲透工藝流程

預(yù)處理→一級(jí)反滲透→二級(jí)反滲透→純水箱→純水泵→紫外線殺菌→用水點(diǎn)。

2 工藝特點(diǎn)

2.1 進(jìn)水要求對(duì)比

離子交換設(shè)備的進(jìn)水要求較低，一般要求濁度FTU ＜5，水溫＜4 0 ℃，游離氯＜0.1 m g/L，鐵＜0.3 m g/L，COD ＜3 mg/L；

反滲透則要求較高，要求污染指數(shù)SDI＜3，水溫5～35 ℃，游離氯＜0.1 mg/L，鐵＜0.05 mg/L，COD ＜1.5 mg/L。

2.2 工藝設(shè)備

如上所述，離子交換法對(duì)進(jìn)水要求較低，反滲透對(duì)進(jìn)水要求比離子交換要求高，其系統(tǒng)對(duì)水中膠體、懸浮物等雜質(zhì)非常敏感，根據(jù)本地區(qū)原水情況，在我廠使用本系統(tǒng)，需要在預(yù)處理系統(tǒng)前增設(shè)沉降或者板礦過(guò)濾系統(tǒng)，反滲透濃水比例大，所以同樣產(chǎn)水量，進(jìn)水量比離子交換多（25%廢水）所以過(guò)濾器的直徑比離子交換的要大一些。

2.3 產(chǎn)水水質(zhì)對(duì)比

離子交換除鹽率能達(dá)到99.99%，我廠除鹽水出水指標(biāo)為電導(dǎo)≤0.2 μS/cm，SiO2≤20 μg/L，硬度 ≈0，Na+≤20 μg/ L，pH值為6.5～8。

反滲透除鹽率≥97%（由于反滲透裝置除鹽率達(dá)不到鍋爐要求[2]，其后也要設(shè)置混合離子交換器，進(jìn)一步除鹽處理，再生也需要酸堿）。

表1 原水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

2.4 負(fù)荷的適應(yīng)性

我廠離子交換工藝采用固定床模式，交換器設(shè)計(jì)運(yùn)行產(chǎn)除鹽水為40 t/h特殊情況下60 t/h仍可保證除鹽水合格，即離子交換法具有設(shè)計(jì)值1.5倍以上的負(fù)荷能力。

反滲透的負(fù)荷通過(guò)提高進(jìn)水壓力實(shí)現(xiàn)，但超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)往往不能保證水質(zhì)合格。即反滲透法基本沒(méi)有超設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行的能力。

2.5 操作和維護(hù)

離子交換樹脂需再生，造成操作比較頻繁，這也是離子交換法除鹽的一個(gè)顯著缺點(diǎn)，閥門數(shù)量多，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行比較困難。離子交換樹脂最重要的發(fā)展是能生產(chǎn)均粒樹脂。均一尺寸的樹脂顆粒確保緊密的六邊形堆積，這使較小的樹脂顆粒也能確保緊密的六邊形堆積，這使較小的樹脂顆粒也能保持相對(duì)較低的壓降。羧酸型弱酸陽(yáng)樹脂再生效率高，再生時(shí)酸的利用率達(dá)到了95%。樣報(bào)的均粒樹脂已經(jīng)做成分層床，從而降低了設(shè)備投資成本，提高了再生劑的使用效率，并且使設(shè)備的操作更加容易。

反滲透操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行程序較高。反滲透工藝在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生膜的結(jié)垢和污堵問(wèn)題，會(huì)增加化學(xué)藥品的使用量，減少膜的運(yùn)行壽命，增加設(shè)備的操作和維護(hù)成本。

在維護(hù)上離子交換器具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，故障率低，維護(hù)簡(jiǎn)單，反滲透法一旦出現(xiàn)故障，如膜損壞等，通常需要專業(yè)人員進(jìn)行。

3 運(yùn)行成本

離子交換法除鹽需要用酸、堿進(jìn)行再生，由此產(chǎn)生的廢酸、堿量較大，這是離子交換發(fā)除鹽水系統(tǒng)最大的詬病。

表2 亞融科技電池廠經(jīng)加藥板框過(guò)濾采樣數(shù)據(jù)

2020年我廠40 t/h離子交換系統(tǒng)生產(chǎn)除鹽水227 124 t。

a：全年除鹽水約耗酸523 t，總酸耗成本23.5萬(wàn)元（450 元/t×523 t）；

b：全年除鹽水約耗液堿572 t，總堿耗成本40萬(wàn)元（700 元/t×572 t）

d：年樹脂補(bǔ)充費(fèi)用約4.8萬(wàn)元；

小計(jì)為68.3元。

反滲透水處理系統(tǒng)除鹽率達(dá)不到我廠鍋爐用水要求，其后安裝EDI系統(tǒng)成本過(guò)高，如后設(shè)置混合離子交換器也需要酸堿再生，同時(shí)正常維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行要使用阻垢劑和殺菌滅藻劑。按我廠用水量需要增60 t反滲透系統(tǒng)需膜72 支，每支4 000 元計(jì)需28.8 元，清洗費(fèi)用每?jī)?nèi)清洗一次3 000 元左右，脫離清洗500元/支×72支，計(jì)3.6 萬(wàn)元。小計(jì)為32.4 萬(wàn)元。

針對(duì)原水水質(zhì)惡化時(shí)絮狀物增加，濁度增大，懸浮物增多，建議增建絮凝劑加藥系統(tǒng)及板框過(guò)濾系統(tǒng)（亞融科技電池廠有成功案例）。

從表1、表2可以看出，電池廠原水加絮凝劑板框過(guò)濾后，懸浮物SS由104 mg/l下降至6 mg/l，去除率為94.2%，效果明顯。而原水不加藥經(jīng) 板框、多介質(zhì)或活性炭過(guò)濾后，懸浮物去除少，去除率分別為：板框16%，多介質(zhì)22%，活性炭3%。

4 結(jié)論

針對(duì)原水惡化時(shí)，冶煉廠化學(xué)水處理站再生周期縮短，生產(chǎn)能力下降，不能滿足余熱鍋爐用除鹽水量，造成澳爐降低加料量，影響高冰鎳產(chǎn)量的實(shí)際困難，對(duì)離子交換與反滲透生產(chǎn)純水工藝進(jìn)行了比較，得出以下結(jié)論：一是增加原水預(yù)處理系統(tǒng)。針對(duì)原水水質(zhì)惡化時(shí)絮狀物增加，濁度增大，懸浮物增多，可增建絮凝劑加藥系統(tǒng)及板框過(guò)濾（或纖維束過(guò)濾）系統(tǒng)。二是增建除鹽水處理系統(tǒng)。針對(duì)化學(xué)水處理站生產(chǎn)能力較設(shè)計(jì)時(shí)缺少精礦干燥13.04 t/h生產(chǎn)回水量和保溫爐余熱鍋爐用水量1 t/h，且因冬季生產(chǎn)鍋爐排污量較設(shè)計(jì)值增大2 t/h，可增建40 t/h化學(xué)水處理站，以保證因精礦成分變化所需要提高的澳爐加料量。