微污染地表水制備除鹽水工程分析

梁永祥

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

除鹽水作為工業(yè)企業(yè)中重要的公用物料而被廣泛應(yīng)用，利用自然水源，經(jīng)過預(yù)處理及除鹽處理來制備除鹽水，是其生產(chǎn)制備的主要手段；在諸多除鹽水制備工藝方案流程中，超濾、反滲透預(yù)處理及預(yù)除鹽工藝技術(shù)，隨著其不斷成熟及膜產(chǎn)品價(jià)格逐步降低，而得到越來越多的應(yīng)用；在此工藝的應(yīng)用過程中針對(duì)不同水質(zhì)條件，采用不同的預(yù)處理工藝，對(duì)于后續(xù)的超濾、反滲透裝置的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用。本文就含藻類及細(xì)菌的微污染地表水制備除鹽水的工藝流程及實(shí)際運(yùn)行情況，做了針對(duì)性的分析，以期對(duì)類似水質(zhì)及制備工藝提供借鑒作用。

1 工程概況

在印尼某化工項(xiàng)目中，采用廠區(qū)附近河流地表水作為生產(chǎn)水源，同時(shí)利用此生產(chǎn)水來制備除鹽水；除鹽水設(shè)計(jì)制備能力為50m3/h，主要供項(xiàng)目鍋爐產(chǎn)蒸汽及硫酸裝置用水。

生產(chǎn)原水水質(zhì)如下(業(yè)主提供)：TDS≤220mg/L；濁度為10NTU；SS為4mg/L；溫度為32℃；CODcr為25mg/L。

除鹽水水質(zhì)要求如下：電導(dǎo)率≤0.2μs/cm；SiO2≤20μg/L。

2 工藝流程及說明

本項(xiàng)目除鹽水制備采用的工藝流程如下：生產(chǎn)原水→多介質(zhì)過濾器→濾后水箱→超濾→超濾產(chǎn)水箱→保安過濾器→反滲透→脫碳器→淡水池→混合離子交換器→除鹽水箱→外送用戶。

生產(chǎn)原水先經(jīng)過多介質(zhì)過濾器去除水中的顆粒性雜質(zhì)、膠體等物質(zhì)，降低水的濁度；經(jīng)過多介質(zhì)過濾預(yù)處理后的生產(chǎn)水，再進(jìn)入超濾進(jìn)一步去除水中的細(xì)微雜質(zhì)及部分有機(jī)物質(zhì)，出水進(jìn)入超濾水箱。超濾裝置的濾后水經(jīng)反滲透給水泵提升進(jìn)入管道混合器，與酸投加裝置送來的酸、阻垢劑投加裝置送來的阻垢劑、還原劑投加裝置送來的還原劑進(jìn)行混合反應(yīng)，以調(diào)整pH值、還原多余的氧化劑及進(jìn)行阻垢穩(wěn)定處理。

與藥劑充分混合后的超濾產(chǎn)水進(jìn)入保安過濾器，除去直徑5μm及以上顆粒，出水經(jīng)高壓泵注入反滲透預(yù)除鹽裝置去除水中的離子，反滲透出水自流進(jìn)入脫碳器，去除水中的CO2后進(jìn)入淡水池，再由淡水泵提升至混合離子交換器，進(jìn)一步除去水中剩余的離子，處理后滿足水質(zhì)要求的除鹽水進(jìn)入除鹽水箱，再由除鹽水泵送至用戶使用。

生產(chǎn)過程中需對(duì)超濾和反滲透設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、清洗，同時(shí)設(shè)置化學(xué)清洗裝置、酸投加裝置、堿投加裝置、氧化劑投加裝置及非氧化性殺菌劑投加裝置，對(duì)超濾和反滲透設(shè)備進(jìn)行清洗，以保持膜的正常運(yùn)行。

3 主要處理單元及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 預(yù)處理單元

(1)多介質(zhì)過濾器處理能力為80m3/h；采用石英砂/無(wú)煙煤雙濾料過濾器，出水濁度小于3NTU，采用壓差反洗。

(2)超濾裝置1套，設(shè)計(jì)處理能力76m3/h，設(shè)計(jì)產(chǎn)水能力68 m3/h，裝置產(chǎn)水回收率≥90%；截留大分子有機(jī)物及SS。

3.2 除鹽水制備單元

(1)保安過濾器1套，設(shè)計(jì)處理能力為68m3/h，過濾精度5μm。

(2)反滲透裝置1套，設(shè)計(jì)處理能力為68m3/h，設(shè)計(jì)產(chǎn)水能力為51m3/h，采用一級(jí)二段反滲透裝置，裝置淡水回收率≥75%[1]；一段回收率為50%、二段回收率為50%，總脫鹽率≥97%(25℃，運(yùn)行3年內(nèi))[1]。

(3)脫碳器1套，設(shè)計(jì)處理能力51m3/h。

(4)混合離子交換器2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)設(shè)計(jì)產(chǎn)水能力51m3/h。

4 實(shí)際運(yùn)行效果及問題處理

項(xiàng)目在最初開車運(yùn)行的1個(gè)多月內(nèi)，各項(xiàng)指標(biāo)正常，反滲透出水電導(dǎo)率≤10μs/cm，除鹽水出水電導(dǎo)率≤0.1μs/cm，滿足設(shè)計(jì)要求。反滲透出水電導(dǎo)率及混床出水電導(dǎo)率見圖1。

圖1 反滲透出水電導(dǎo)率及混床出水電導(dǎo)率

但運(yùn)行1個(gè)多月后，開始出現(xiàn)如下問題：反滲透出水電導(dǎo)率和跨膜壓差超標(biāo)，產(chǎn)水率下降。具體表現(xiàn)為反滲透一段、二段混合產(chǎn)水電導(dǎo)率超過20μs/cm，其中二段產(chǎn)水電導(dǎo)率超過90μs/cm，且一段膜進(jìn)出口壓差達(dá)到0.3MPa，淡水產(chǎn)水率下降到70%(設(shè)計(jì)為75%)；此外，由于業(yè)主的操作人員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行、操作不熟練，沒有及時(shí)投加還原劑，導(dǎo)致反滲透進(jìn)水的氧化還原電位(ORP)持續(xù)達(dá)150～200mV(見圖2)。按照相關(guān)反滲透膜產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)要求，反滲透進(jìn)水氧化還原電位(ORP)應(yīng)維持不超過100mV。

圖2 反滲透進(jìn)水ORP值及超濾反洗排水

4.1 最初的解決方案

本著強(qiáng)化預(yù)處理的思路，增加超濾的酸、堿及氧化型殺菌劑(次氯酸鈉)的清洗頻率，基本上每隔半小時(shí)，在正常的水、氣反洗過程中，就需要加酸、加堿及加次氯酸鈉清洗；雖然經(jīng)此處理，后續(xù)除鹽水系統(tǒng)運(yùn)行有所改善，但經(jīng)過約半個(gè)月運(yùn)行后，除鹽系統(tǒng)上述各項(xiàng)指標(biāo)又出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

其次，對(duì)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗，每次化學(xué)清洗后，系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)恢復(fù)正常，但運(yùn)行1個(gè)月后，除鹽系統(tǒng)會(huì)再次出現(xiàn)跨膜壓差超標(biāo)及產(chǎn)水率下降的現(xiàn)象。按照相關(guān)反滲透膜產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)要求，反滲透系統(tǒng)的化學(xué)清洗頻率約為每半年1次，由此可見，上述項(xiàng)目的清洗頻率遠(yuǎn)超此手冊(cè)要求，將對(duì)反滲透膜的正常使用壽命造成嚴(yán)重影響。

基于上述現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)決定停機(jī)檢查，通過檢查反滲透膜及保安過濾器濾芯，發(fā)現(xiàn)膜及濾芯表面有大量黏稠物，此黏稠物堵塞膜孔，造成跨膜壓差增大，產(chǎn)水率下降，經(jīng)進(jìn)一步化驗(yàn)，分析其主要組成為細(xì)菌。

同時(shí)，結(jié)合此前運(yùn)行過程中超濾反洗排水顏色(見圖2，主要呈淺黃綠色)及當(dāng)?shù)氐某Ｄ旮邷丨h(huán)境分析：當(dāng)試車、開車期間運(yùn)行不連續(xù)，在水箱及管道系統(tǒng)等生產(chǎn)水貯存和輸送環(huán)節(jié)中，因高溫環(huán)境滋生了藻類及細(xì)菌，從而導(dǎo)致一定程度的繁殖，進(jìn)而影響了除鹽系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)，業(yè)主提供的生產(chǎn)原水水質(zhì)中只有COD值，沒有藻類物質(zhì)及細(xì)菌的分析數(shù)據(jù)，雖然超濾可以去除細(xì)菌及藻類物質(zhì)，但也不是100%的完全去除，且截留后的黏性污染物附著在超濾膜外表面，不但影響超濾的正常運(yùn)行，同時(shí)也增加了超濾加酸堿清洗頻率，且效果也不能持久；此外，反滲透膜系統(tǒng)1月進(jìn)行1次化學(xué)清洗的頻率也遠(yuǎn)超了其產(chǎn)品及技術(shù)要求，同時(shí)頻繁地化學(xué)清洗也會(huì)造成反滲透膜使用壽命的降低；故此前的解決方案均不是長(zhǎng)久之計(jì)，需要重新考慮。

4.2 后續(xù)解決方案

(1)在生產(chǎn)原水進(jìn)入多介質(zhì)過濾器之前的管道上增加NaClO投加系統(tǒng)，預(yù)氧化、殺菌后再進(jìn)入多介質(zhì)過濾器，以減輕后續(xù)超濾及反滲透裝置的膜污染壓力。

(2)持續(xù)投加還原劑，以保證反滲透系統(tǒng)進(jìn)水氧化還原電位不超過100mV，保護(hù)反滲透膜的使用壽命，同時(shí)增加反滲透系統(tǒng)非氧化性殺菌的投加頻率及用量。

(3)向業(yè)主反復(fù)重申除鹽水站的操作流程及注意事項(xiàng)，提高操作、維護(hù)及管理水平。

(4)建議業(yè)主在工廠大修期間，在原設(shè)計(jì)的多介質(zhì)過濾器之后，增加活性炭過濾器，這樣效果會(huì)更好一些。

上述現(xiàn)場(chǎng)解決方案實(shí)施后，除鹽水系統(tǒng)運(yùn)行比較正常，各項(xiàng)指標(biāo)也基本恢復(fù)。

5 結(jié)語(yǔ)

在地表水制備除鹽水工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能收集較為全面的水質(zhì)分析資料和數(shù)據(jù)，并進(jìn)行充分的分析、判斷，為選擇合適的預(yù)處理工藝提供有力的支撐條件，同時(shí)也關(guān)系到整個(gè)除鹽系統(tǒng)的方案選擇及配置，尤其是實(shí)際工程設(shè)計(jì)中不太關(guān)注的微污染物質(zhì)因素的存在，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)除鹽系統(tǒng)不能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行?；诖?，針對(duì)微污染地表水制備除鹽水，采取氧化殺菌、活性炭吸附等預(yù)處理手段尤為必要。