反渗透膜在循环排污水处理工程中的应用

反渗透膜在循环排污水处理工程中的应用

刘静

关键词：反渗透，循环排污水，中水回用

一、反渗透膜技术

当今世界水处理业正朝着以开发水资源（即废水回用）与保护环境双重目标的废水资源化方向发展，为了缓解用水紧张的局面，合理地利用水资源，许多地区开展了多种用途的污废水回用工作，其中将循环排污水回用是其中的一项重要工作。

反渗透技术是一种高效、易操作的液体分离技术，同传统的废水处理方法相比具有处理效果好，可实现废水的循环利用和对有用物质回收等优点。由于反渗透膜法能有效处理城市污水，并且能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻，膜组件简洁、紧凑，易于自动化操作、维护方便。在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来在国内应用成功、发展快、普及广的膜分离技术。自1995年以来，反渗透膜的使用量每年平均递增20％[1]。国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为大型锅炉补给水，各种工业纯水、饮用水的市场规模次之，电子、制药、食品等行业的膜应用也都形成了一定规模。目前，反渗透技术正快速地向污水处理、回用的环保领域发展，反渗透膜技术在水处理领域将发挥越来越重要的作用[2]。

能够让溶液中一种或几种组分通过而其它组分不能通过的这种选择性膜叫半透膜。当用半透膜隔开纯溶剂和溶液（或不同程度的）的时候，纯溶剂通过膜向溶液相（或从低浓度溶液向高浓度溶液）有一个自发的流动，这一现象叫渗透。若在溶液一侧（或浓溶液一侧）加一外压力来阻碍溶剂流动，则渗透速度将下降，当压力增加到使渗透压完全停止，渗透的趋向被所加的压力平衡，这一平衡压力称为渗透压。渗透压是溶液的一个性质，与膜无关。若在溶液一侧进一步增加压力，引起溶剂反向渗透流动，这一现象习惯上叫“反（逆）渗透”。如图1－1所示。

图1－1渗透与反渗透现象

反渗透是一种高效节能技术。它是将进料中的水（溶剂）和离子（或小分子）分离，从而达到纯化和浓缩的目的。该过程无相变，一般不需加热，工艺过程简便，能耗低，操作和控制容易，应用范围广泛。

二、工程概况

新疆化肥厂位于新疆哈密地区，为节约新鲜水用水量和减少企业外排水量，设计将化学水处理反洗排水和循环水排污水收集处理后，产品水回用作为清净循环水的补充水，以缓解供水紧张状况。

由于有渗透压的影响，反渗透技术应用的浓度范围有所限制，另外对结垢、污染、pH和氧化剂的控制要求严格。

1、进水水质

循环排污水水量436t/h，循环排污水按照原水水质浓缩7倍设计，系统进水水质如表2-1所示。

2、产水水质

硬度≈0mg/L，电导<0.2μs/cm，SiO2<20μg/L，pH介于7.8~8.5之间。

3、性能指标

SDI（污染指数）：≤1；

系统脱盐率：三年内≥96%；

系统单套产水水量（24小时连续稳定出力）：≥68.3t/h；

产品水出水压力：≥0.30MPa。

三、系统设计

1、工艺及设备选择原则

系统工艺选择技术成熟、安全可靠，节能节水的流程；系统工艺设备、核心部件及辅助设备质量优良；以确保工程质量优良，系统运行后能够安全、稳定、长期满负荷运行。

2、工艺流程的选择

（1）系统要解决的主要问题

降低浊度：水源为循环排污水和脱盐水的冲洗水，悬浮物、浊度较高。通过设置预处理工艺降低浊度，满足后续除盐设备的运行需求。

水温：循环排污水温度较高，考虑到可能出现水温过高导致反渗透膜的损害，设置板式换热器。

除盐：水中含盐量较高，需要通过除盐设备去除盐分，满足除盐水水质指标。

除有机物、微生物：循环排污水中微生物、细菌较高，通过投加杀菌剂和设置超滤CEB（化学加强反洗）系统，保证系统的稳定运行。

循环水药剂：循环排污水中含有一定量的循环水药剂，通过絮凝沉淀和预处理系统予以去除。

回收率：多介质过滤器采用反渗透浓水进行反洗；盘式过滤器和超滤的反洗水回流至调节池。通过系统的优化设计提高系统回收率。

降低运行成本：采用纳污量大的进口保安过滤器滤芯，能够延长滤芯的更换周期，降低运行成本；在反渗透前加酸降低原水硬度，减少阻垢剂的投加量，降低运行成本。

（2）工艺流程的确定

根据对原水水质综合分析，中水回用处理系统工艺流程确定为采用混凝沉淀池、多介质过滤器、盘滤、超滤和反渗透的主工艺。根据水质分析，通过工艺的技术经济分析比较，确定如下工艺流程：

循环排污水→斜板沉淀池→板式换热器→多介质过滤器→盘式过滤器→超滤→反渗透→回用水

系统水量平衡如表2-1所示。

3、工艺流程及设备说明

中水进入混凝沉淀池，通过投加絮凝剂、助凝剂，去除水中的悬浮物、胶体。产水进原水池经原水泵加压后通过板式换热器达到超滤反渗透系统运行的理想温度，之后进入多介质过滤器，去除水中余下的悬浮物、胶体、微生物和部分循环排污水残留药剂等。多介质过滤器前设置絮凝剂加药装置，可根据运行情况选择投加。多介质过滤器产水进入盘式过滤器，去除水中的大颗粒物质；盘滤产水进入超滤装置，基本去除水中的悬浮物、大分子颗粒、微生物、胶体等和水中的部分有机物，水质得到深度净化，超滤产水经过反渗透保安过滤器后进入反渗透装置，反渗透能够将水中98%的盐分去除。工艺流程分为两部分：预处理系统和除盐系统。

（1）预处理系统

预处理系统包括混凝沉淀池、原水池、板式换热器、多介质过滤器、盘式过滤器、超滤及加药系统。

预处理系统的主要目的是调节水质水量，去除水中的悬浮物、胶体、浊度等妨碍后续除盐系统运行的杂质。预处理设施主要包括：调节池、斜板沉淀池、原水池、多介质过滤器、盘式过滤器、超滤、絮凝剂加药装置、助凝剂加药装置、杀菌剂加药装置、超滤CEB装置、水泵、超滤水箱等。

（2）除盐系统

除盐系统包括反渗透系统、加药装置及化学清洗装置。

反渗透系统由5um保安过滤器、反渗透膜组、在线仪表、撬座、阀门组、在线仪表等构成，其作用是脱除水中98％以上的电解质（盐份）和粒径大于0.0005微米的杂质。系统采用PLC自动控制。系统设置4套反渗透装置。反渗透系统回收率为70％，一级两段10：5六芯排列，运行通量20.48lmh。

反渗透膜采用美国海德能公司的PROC10产品，反渗透进水要求如表2-3所示，反渗透装置要求如表2-4所示。

系统运行初期，装置进水压力、水温、产水量、脱盐率及回收率均处在优良状态。水处理系统满足设计性能指标。

参考文献

[1]李长志.反渗透水处理技术在补给水处理中应用的可行性分析[J].黑龙江电力，2010，2：32-1

[2]靖大为.宋京反渗透纯水技术的现状、发展与研究[J].工业水处理，2002，1O：22-10

[3]美国海德公司．反渗透和纳滤膜产品技术手册，2011．