水處理再循環(huán)模型的建立與實踐

摘要：本文針對反滲透水處理系統(tǒng)非采暖期停止運行的現(xiàn)狀，回顧了幾種不同保養(yǎng)方案的選擇比較和嘗試，闡述了水處理再循環(huán)模型的建立思想及其意義，提出了切實可行的實施辦法，有效地解決了保養(yǎng)過程中出現(xiàn)的突出問題。實踐證明，水處理再循環(huán)模型的建立是經(jīng)濟有效可行的。水處理再循環(huán)模型的建立解決了反滲透水處理系統(tǒng)長時間停用保養(yǎng)的難題。

關(guān)鍵詞：水處理;反滲透;停運保養(yǎng);再循環(huán)

引言

2016年，按照公司發(fā)展需要，供汽系統(tǒng)停止發(fā)電，僅冬季采暖期運行。每年3月16日至11月15日停運保養(yǎng)。

反滲透水處理系統(tǒng)停機一周以上，就必須采取專門的膜保護措施，防止發(fā)生氧化、結(jié)垢和細菌滋生現(xiàn)象，避免出現(xiàn)膜的使用壽命縮短、產(chǎn)水通量下降、產(chǎn)水質(zhì)量惡化等情況發(fā)生。

查資料顯示[1]，目前國內(nèi)使用的膜保護方法有三種，一種是膜殼外保護，一種是膜殼內(nèi)加藥保護，還有一種是間斷運行保護。

膜殼外保護需要解體系統(tǒng)，將單支膜清洗干凈后取出抽真空，需要特殊場地存放保管，使用前還要再次進行安裝，調(diào)試系統(tǒng)，工作量比較大，所以不予考慮。

膜殼內(nèi)加藥保護需要2～3個月定期更換藥劑，每周定期監(jiān)測PH值和溫度[2]。在連續(xù)運行結(jié)束后和開始前各進行一次膜的酸洗、堿洗。經(jīng)過2016年的加藥保護實踐，發(fā)現(xiàn)使用該方法人員操作次數(shù)明顯減少，但需要定期換藥和系統(tǒng)沖洗，對保護藥劑參數(shù)變化的監(jiān)測要求較高，每年還有藥劑成本，長期使用酸性的亞硫酸氫鈉（PH：3.1～5.5）對膜還有潛在的傷害。由于當(dāng)時反滲透膜清洗系統(tǒng)還是軟管連接，對加藥和清洗的效果都有影響。

因此在2017年采用了間斷運行保護方式。在連續(xù)運行結(jié)束后和開始前各進行一次膜的酸洗、堿洗[3]。在間斷運行期間，每三天按照正常制水方式運行1次。經(jīng)過2017年的間斷運行保護實踐，發(fā)現(xiàn)該運行方式人員操作頻率較高，對水的需求和浪費較大。8個月的間斷運行消耗了約8320噸水，水的成本約2.08萬元，并且間斷運行生產(chǎn)的除鹽水都排放掉了，沒有加以利用。

針對這幾年保養(yǎng)中出現(xiàn)的突出問題：（1）膜清洗系統(tǒng)存在缺陷;（2）用水量大;（3）除鹽水無法利用。經(jīng)過不斷的理論研究，考慮系統(tǒng)的實際情況，本人提出并設(shè)計應(yīng)用了水處理再循環(huán)模型，有效地解決了這幾個突出的問題。

1 水處理再循環(huán)模型的建立

1.1 設(shè)計思路

1.1.1 一級反滲透進水源

中間水箱是二級反滲透的進水源，設(shè)計考慮將除鹽水箱作為一級反滲透的進水源。這樣，兩套一級反滲透改為一套用工業(yè)水制水，一套用除鹽水制水，即充分利用了除鹽水箱的存水，解決了水源的問題，又能節(jié)約一半的用水量。

1.1.2 一級濃水回用

二級濃水現(xiàn)在基本上都做到了回用，設(shè)計考慮將用除鹽水運行時的一級反滲透的濃水也回用。該水水質(zhì)優(yōu)于工業(yè)水。

通常一級濃水排放管道是直排地溝，因此設(shè)計使用固定硬質(zhì)管道與清洗水箱連接，將一級濃水回流至清洗水箱。將一級反滲透洗膜進水管道作為一級濃水回用進水管道。

1.2 可行性分析

1.2.1 流量平衡

除鹽水箱進水水量：30 m3/h×2=60 m3/h;

除鹽水箱出水水量（即一級反滲透進水水量）：51 m3/h +15 m3/h=65 m3/h;

由此可見，系統(tǒng)運行后，除鹽水箱進出水量基本達到平衡。

1.2.2 管道改造可行性

（1）一級反滲透前端安裝有隔斷閥門，可實現(xiàn)生水隔斷功能;

（2）除鹽水箱有一閑置閥門，可以作為出水口;

（3）除鹽水箱與一級反滲透距離合適，可以安裝連接管道;

（4）在除鹽水箱與一級反滲透之間安裝一個隔斷閥門，可實現(xiàn)生水與除鹽水箱的隔離切換，并防止串水;

（5）現(xiàn)場空間適合反滲透膜清洗固定管道的布置安裝。

1.3 水處理再循環(huán)模型

綜合以上設(shè)計與分析，確定水處理再循環(huán)模型包括除鹽水再循環(huán)和一級濃水回用兩部分。設(shè)計示意圖見圖一。

1.4 模型的建立

2018年3月，完成了水處理再循環(huán)改造施工方案。8月份完成施工改造。管材選用公稱壓力為1.6MPa的UPVC管。主要改造了三個部分。

1.4.1 更換保安過濾器

拆除雙備管卡式保安過濾器，安裝法蘭式保安過濾器。提高安全性和可靠性。

1.4.2 改造膜清洗管道

（1）改造了二級反滲透膜清洗進水管道;由軟管改造為UPVC硬管連接，增加了可靠性;

（2）改造了一級、二級反滲透的清洗濃水、純水的進水、回水管道;由軟管改造為UPVC硬管連接，增加了可靠性，實現(xiàn)了一級濃水的回用，實現(xiàn)了清洗水箱清洗時快速制備除鹽水的功能;增加了沖洗濃水、純水排放通道和閥門;

膜清洗管道改造后，提高了連續(xù)洗膜時的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，壓力等級比軟管有了較大提高，實現(xiàn)了連續(xù)洗膜;實現(xiàn)了一級濃水的連續(xù)循環(huán)。

1.4.3 增加除鹽水箱與一級反滲透間的進水連接管道

如圖一所示再循環(huán)管道，用DN100和DN150管道連通除鹽水箱和一級反滲透，增加了兩個DN100的蝶閥，實現(xiàn)了工業(yè)水與除鹽水切換與隔斷的功能。

2 水處理再循環(huán)模型的運行實踐

經(jīng)過2019年和2020年兩年的運行實踐，水處理再循環(huán)模型取得了明顯的成果。

2.1 完善了膜清洗系統(tǒng)

軟管連接由于壓力受限，軟管容易變形擺動，清洗時必須有人值守，根據(jù)壓力波動不斷操作，防止軟管脫落酸液、堿液外流，只能間斷清洗，清洗效果不是很理想。

改造后壓力等級提高到1.6MPa，實現(xiàn)了連續(xù)清洗，不需要人員值守，實現(xiàn)了快速向清洗水箱制取除鹽水配備藥劑，實現(xiàn)了清洗后快速抽排清洗水箱內(nèi)的藥劑，實現(xiàn)了沖洗快捷排放，不用再每次拆裝軟管。改造后縮短了整個清洗時間，原來進行一個清洗操作（如一級酸洗）需要連續(xù)12個小時，現(xiàn)在只需要6.5個小時，減輕了工作強度和工作量。實現(xiàn)連續(xù)清洗后，清洗效果明顯。

目前，水處理崗位規(guī)范了《反滲透洗膜標(biāo)準(zhǔn)操作票》，完善了洗膜操作，操作人員只需要按照操作票操作閥門即可完成反滲透膜的清洗。

2.2 節(jié)約了工業(yè)用水

改造前保養(yǎng)運行兩套一級反滲透，用水量為140 m3/h（70 m3/h×2），改造后只有一套一級反滲透用工業(yè)水運行，用水量為70 m3/h，節(jié)水50%。保養(yǎng)運行期間二級濃水和另一套一級濃水是與工業(yè)水合并回用到一級反滲透進水，工業(yè)用水量小于70 m3/h，節(jié)水大于50%。

據(jù)2019年用水量統(tǒng)計，節(jié)水約4760噸，節(jié)約水費約1.19萬元。

2.3 利用了除鹽水箱內(nèi)的二級純水

改造后除鹽水箱內(nèi)的二級純水經(jīng)過再循環(huán)管道實現(xiàn)了再循環(huán)，得到了充分的利用。這部分水量約在4000噸左右。

2.4 實現(xiàn)了用除鹽水浸泡反滲透膜

按3天間斷運行保養(yǎng)方式，系統(tǒng)不運行時反滲透膜應(yīng)用水浸泡在膜殼內(nèi)密封保存。工業(yè)水內(nèi)含鈣、鎂等各種離子，溶解有氧氣，有微量微生物，時間長容易在膜上出現(xiàn)垢層，對膜產(chǎn)生輕微氧腐蝕，滋生菌藻。用除鹽水浸泡能很好地消除以上隱患。

2.5 消除了對90#泵房水泵運行的影響

兩套一級反滲透同時運行時，因啟動時突然產(chǎn)生大量出水，工業(yè)水管道會產(chǎn)生明顯壓降，影響90#泵房水泵運行壓力。為此車間在2018年8月專門下發(fā)了《非采暖期反滲透系統(tǒng)較大負荷用水工作管理流程》，對同時啟動兩套反滲透時的操作與協(xié)調(diào)作了明確規(guī)定。

改造后只需要運行一套一級反滲透系統(tǒng)，啟動時壓降不明顯，消除了對90#水泵運行的影響，保證了工業(yè)管網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

2.6 增強了鍋爐連續(xù)運行的保障能力

2019年1月25日，鍋爐給水硬度出現(xiàn)超標(biāo)，達到7.0μmol/L（標(biāo)準(zhǔn)≤3.0μmol/L）。經(jīng)過系統(tǒng)分析后判斷，因反滲透膜已到使用壽命，性能開始下降，導(dǎo)致脫鹽率下降，給水水質(zhì)不合格。按要求，為防止鍋爐結(jié)垢，應(yīng)停止鍋爐運行，更換反滲透膜，待水質(zhì)合格后再啟爐運行。

但是反滲透膜的采購與更換需要一定的周期;鍋爐停止運行后將會影響職工的供暖。由于2018年已經(jīng)完成了再循環(huán)系統(tǒng)的改造。于是決定啟動一套一級反滲透系統(tǒng)進入再循環(huán)模式。再循環(huán)運行相當(dāng)于將除鹽水箱內(nèi)的二級水作為進水重新進行了過濾，改善了整個水質(zhì)。

此后的連續(xù)監(jiān)測證明，鍋爐給水硬度始終在合格范圍內(nèi)，保障了整個采暖期的鍋爐運行。鍋爐停爐后的汽包內(nèi)部檢查也沒有發(fā)現(xiàn)白色結(jié)垢現(xiàn)象，效果明顯，對鍋爐運行起到了很好的保障作用。

3 結(jié)語

通過運行實踐，證明水處理再循環(huán)模型的建立是可行的。

水處理再循環(huán)模型的建立，解決了反滲透膜的清洗問題，實現(xiàn)了連續(xù)清洗，縮短了清洗時間，降低了工作強度;節(jié)約了大量工業(yè)用水;消除了非采暖期對泵房水泵運行的影響;提高了8個月反滲透膜的保養(yǎng)效果;增強了鍋爐連續(xù)運行的保障能力。

參考文獻：

[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，2008版，126，235，238。

[2] 馮逸仙，楊世純編著，反滲透水處理工程。北京：中國電力出版社，2000，17。

[3] 竇照英，張烽，徐平編著，反滲透水處理技術(shù)應(yīng)用問答。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003，2。

作者簡介：劉瑞廉（1976—），男，河南新鄭人，漢族，大學(xué)本科，工程師，研究方向：水處理與化學(xué)分析。

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