反渗透工艺系统在中心软水站中的应用

资源类型:pdf 资源大小:128.00KB 文档分类:工业技术 上传者:赵婵

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【作者】 李运生  李云超 

【关键词】反渗透 除盐水处理 软水站 

【出版日期】2005-04-25

【摘要】介绍了反渗透工艺的原理、概况及在涟钢软水处理系统的应用,并对该系统的抗污染、生产运行、技术经济系统设计等方面进行了简要的分析与评价。

【刊名】冶金动力

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1前言目前涟钢动力厂中心软水站软水制备系统采用一级阳离子交换树脂制取软水。它主要负责向转炉炼钢汽包、焦化厂锅炉、带钢厂均热炉等用水点供水。采用这种工艺生产的软水含盐量高、总硬度、氯离子含量等多项指标均满足不了薄板坯连铸连扎及2200m3高炉引进的联合软水密闭循环系统对软水补充水水质的要求。综合以上各种因素,涟钢中心软水站改扩建工程中采用反渗透除盐法生产软化水。2反渗透工艺的原理及应用2.1反渗透工艺的原理反渗透是一种借助于选择性透过膜的功能、以压差为动力的膜分离技术.当系统所加压力大于溶液的渗透压时,水分子透过膜、经过产水流道进入中心管,在一端流出。水中原来含有的杂质如阴阳根离子、胶体、有机物、细菌等被截留、从膜的浓水侧排出,从而达到分离净化的目的。2.2反渗透工艺的应用我国反渗透脱盐水制备工艺技术,自1995年从美国引进的反渗透膜产品进入国内市场后,已在电力、石油、化工、冶金、电子、医药、食品等行业以及市政给水、直饮水等民用方面得到广泛的应用。反渗透技术在国内最早应用于微电子行业冲洗用水的制取,而近年来直饮水的反渗透工艺所形成的技术与消费浪潮极大地促进了膜技术的普及,进而对国内整体工艺的进步起到了一定的促进作用。在反渗透的应用领域中,投产20世纪80年代的美国YUMA水厂(处理运河水)以28万t/天的日处理水量保持在世界反渗透膜水处理工程规模之首。海水淡化是反渗透技术应用的重要领域之一,2002年投入运行的阿联酋Fujairah水厂的处理能力高达14万t/天,据不完全统计,目前全世界用反渗透技术生产的纯水超过1200万t/天。我国的生产总量及单项工程规模则属初级水平,但发展速度很快。据统计目前国内工艺用产水量大于100t/h的反渗透系统已超过200套,其中2002年中国蓝星集团在国内承建了东亚地区最大的工业污水回用反渗透系统。电力行业的最大项目是烟台与大连的300t/h的电厂用水工程。桶装、瓶装水反渗透生产线产水量超过500t/天的已有10多套,最大的为1000t/天。预计两年内将在山东、大连出现万吨/天级的饮用水生产系统。3系统方案选择针对原水水质和产水水质的要求,水处理工艺有二种:一是膜处理技术;二是离子交换技术。对这二种方案比较如下:3.1抗污染方面处理设备的抗污染能力是本工程设计成败的关键,这就要求处理设备既要有较大的纳污量,又要能快捷地进行恢复。离子交换所用的树脂的作用是靠树脂内部蜂窝状多孔性立体结构所带的交换功能基上的可交换离子与外界同电荷离子之间进行交换达到的,这种交换过程要求交换和被交换的二种离子扩散的路径畅通,才能碰撞反应。一旦离子的通道堵塞,活性表面被掩盖,其交换作用就无法进行,树脂也就失去了效能。在实际应用中树脂较容易受到污染而中毒失效,一旦受到污染,其解吸、再生过程十分困难,且每次再生后都有一部分树脂将无法恢复,影响随后离子交换的正常进行。而膜处理是利用加压泵使原水在膜的一侧保持一定的压力和流速,使水分子透过膜后汇集成纯水,通过配置适合的管路系统,可随时方便地对膜进行大量冲洗和化学清洗,只要膜元件选择适当,膜处理技术能够很好地应用于水的净化处理。3.2生产运行方面目前,国内离子交换的运行和再生过程均采用手动控制,一则操作烦琐,强度大,同时需要消耗大量的盐,产生二次污染;二则无法对产水的产量和质量进行在线控制。膜处理技术因结构简单,已完全实现了全自动控制,这就能够确保处理过程的顺利进行和产水质量,操作运行劳动小,维护方便。3.3技术经济方面从已建成的工程情况来看,同等处理量的离子交换装置比膜处理装置的运行费用要超出40%。综上所述,从抗污染性、操作维护方便程度、产水质量、效率和技术经济方面来看,膜处理技术在本工程设计中具有无可比拟的优越性。经反复论证和到使用单位进行考察一致认为此技术是先进的,可行的。因此采用膜处理技术为新建工程的主体处理工艺。4系统设计根据原水水质和产水要求,去除原水中的钙、镁、悬浮物和无机盐等杂质是本工程的关键。本项目确定设计方案为:预处理,反渗透二段处理工序,流程中各处理单元的进水量和产水量是按最终产水规模依次往前推算得出。具体工艺如图1。,、图1工艺流程图4.1预处理工序来自净化水管网的地表水压力为0.23MPa,二氧化氯杀菌后进入原水池,经三台多介质过滤器(二开一备),将不溶性杂质过滤。多介质过滤器的滤速10m/h,以保证出水的SDI值控制在5以下。多介质过滤器的反洗过程是全自动控制的。本工序的作用是使原水各项指标符合反渗透膜的进水要求(见表1、表2)。表1原水进水指标表2经预处理后进反渗透膜的进水指标项目水质指标水温5~38℃浊度8.6NTU总硬度12.6dH°悬浮物20mg/LpH7~9总铁0.6mg/L总锰0.88mg/L总磷0.6mg/L氯离子60mg/L石油类0.5mg/L细菌总数3000个/mL电导率500滋s/cm项目水质指标水温4~45℃浊度<3NTUpH3~10总铁0.3mg/L总锰0.1mg/LSDI值<3CaSO4浓度积(浓水侧)6000SrSO4浓度积(浓水侧)800BaSO4浓度积(浓水侧)230SiO2浓度积(浓水侧)1.8菌落总数10个/mL余氯含量<0.1mg/L注:SDI值是指用47mm孔径为0.45μm的混合纤维素微孔滤膜,在0.21MPa操作压力下的堵塞程度。反渗透进水要求SDI<5。4.2反渗透工序向前工序段的净化水加入适量的阻垢剂、还原剂经精密过滤器过滤后,由系统泵加压至1.5MPa进入反渗透膜组件。水分子透过渗透膜汇集成脱盐水经脱气后进入产品水池,原水中的杂质成分由浓水侧排放。见表3所示。表3实际产品水水质指标4.3反渗透系统运行参数产品水产量≥2×90m3/h(20℃);水利用率≥75%;脱盐率≥97%。4.4反渗透设计系统工况制成产品水供水量2×90m3/h(20℃),供水压力≥0.20MPa,系统操作方式为全自动控制,24h连续供水。5系统运行成本分析系统的运行成本主要在电耗,药剂消耗以及膜元件的化清洗,更换等。以下以每年运行7920h,设备按10年折旧计算吨水运行成本。不含原水水费和人工费。5.1预处理系统原水泵三台二用一备功率为22kW提供系统所需的水量和水压。反洗泵二台一用一备功率为37kW,三台多介质过滤器一般情况下二台运行,反洗每8h一次,每次8min。耗电:(22×7920+37×7920/8×8/60)×0.8×0.33元/kWh=9.329万元/年絮凝剂:240×2×10-6×1500元/t×7920/1000000=0.57万元/年还原剂:240×1×10-6×2300元/t×7920/1000000=0.437万元/年阻垢剂:240×3×10-6×50000元/t×7920/1000000年=28.5万元/年二氧化氯:0.02元/t·水设备折旧:88万元/10=8.8万元/年运行成本:(9.329+0.57+0.437+28.51+8.8)×10000/7920/180+0.02=0.33元/t·水5.2反渗透系统2台高压进口泵2×75kW=150kW耗电:150kW×7920h×0.8×0.33元/kWh=31.36万元/年膜的清洗:2000元/次×4次/年=0.8万元/年滤芯更换:200×40元/只×4次/年=3.2万元/年膜的更换:216只×0.68万元/5年=29.376万元/年设备折旧:248万元/10=24.8万元/年吨水成本:(31.36+0.8+3.20+29.36+24.8)×10000/7920/180=0.63元/t·水5.3储存及外输系统3台产品水泵3开1备2×37kW=74kW耗电:74kW×7920h×08×0.33元/kWh=15.47万元/年氨耗:0.3万元/年设备折旧:16万元/10=1.6万元/年吨水成本:(15.47+0.3+1.6)×10000/7920/180=0.12元/t水整套系统总的运行成本:0.33+0.63+0.12=1.08元/t水6运行中注意的问题防止膜面的结垢如:CaCO3、CaSO4、SrSO4、SiO2、CaF2、铁铝氧化物等;防止胶体物质及悬浮固体物微项目产水水质指标总硬度≤0.1dH°悬浮物≤1mg/LpH7~9总铁≤0.1mg/L氯离子≤6mg/L石油类无硫酸根≤3mg/LSiO2≤5mg/L电导率6~8滋s/cm粒污堵;保持反渗透装置产水量的恒定。原水的水质超标,影响反渗透预处理的效果,增加多介质过滤器、精密过滤器等后续处理的负荷。对此加强原水的处理。(1)严格控制原水水处理系统的水量在设计能力以下;⑵加强对进膜水SDI值的测定,随时掌握进水悬浮物的含量,即时调整加药量;多介质过滤器要求气洗、反冲洗、正洗以达到疏松过滤介质和清除沉淀微粒的作用。一般情况下运行周期为7.5~8h,每次清洗15~20min,水中浊度降为5NTU以下。进5μm精密过滤器前连续定量投加阻垢剂与还原剂。对水进行精滤后由系统泵增压至反渗透工艺所需的压力1.0~1.5MPa最后进入反渗透压力容器(膜外壳)组件,通过反渗透膜将水分离成渗透液和浓缩液,渗透液(即产品水)经脱二氧化碳后加氨调整pH值致7~9到产品水池,再经泵送给各用户使用。自动冲洗用渗透液存储于清洗水箱内,该水箱在装置正常运行时充满,反渗透系统停机时供水泵先停,清洗泵从清洗水箱中吸入渗透液,用纯净的水冲洗反渗透膜,替换膜壳中的浓缩水,使反渗透膜浸泡在纯水中,特别是膜的末端,如果不冲洗,浓缩液中的溶解性盐将很容易在膜表面上沉淀。完成膜的自动冲洗过程后系统正式停机。各设备能自动连锁开与停,所有水箱均设计安装有液位开关进行液位连锁控制和连锁报警。7系统维护反渗透经长期运行,在膜的浓水侧会积累胶体、金属氧化物、细菌、有机物、水垢等物质,造成膜的污染。引起系统脱盐率下降出水量降低,压差增大等问题,当反渗透性能下降到一定程度时,就要进行及时有效的清洗,恢复系统性能,避免造成严重膜污染而难以恢复。设备经过一段时间使用后,根据产水量、脱盐率、压差变化来判断系统是否需要清洗,如果设备产水量比原始值或上一次清洗后降低10%~20%,或脱盐率下降10%以上,或装置压差增加15%以上,反渗透系统就需要清洗。根据膜上污染物不同,清洗时所采用的清洗剂不同,清洗前根据系统性能的变化,初步判断污染物的类型,确定选择一种适宜的清洗剂,可起到事半功倍的效果。为防止反渗透膜在选择透过淡水时,其浓水侧因溶解固型物浓缩出现CaCO3、CaSO4等浓度积大于其溶解度而结晶析出,影响反渗透膜的性能,故在反渗透装置前设置加药装置,投加适量浓度的阻垢剂,同时也投加还原剂,防止反渗透膜被氧化物所破坏。8结束语涟钢中心软水站改扩建工程所采用反渗透系统是目前中南地区业内最大规模的单套脱盐水处理装置,该项工程以委托中国蓝星集团长沙设计院工程总承包的形式于2003年9月建成,并一次性投运成功,该装置的建成投产对提高我厂的生产用水质量、节省工程投资、降低吨水运行成本、降低工人劳动强度,特别是提升我厂的装备水平,实现装备现代化有着十分重大的实际意义。迄今,该装置已经投运了近三个月,所有指标达到或超过了设计要求。它的工艺设计、设备选型及材料的选用均能够保证工艺流程的前后协调和脱盐水制备过程的正常运行,保证了在所提供原水水质条件下的产水水质、水量。该工艺运行平稳可靠,实现整套工艺自动化控制,具有产水质量高、自动控制程度高、易于操作控制等特点。整套工艺处理中膜分离不发生相变化,与其它分离方法相比能耗低,没有“三废”排放,不会造成二次污染。随着膜及其配套产品逐步实现国产化和反渗透系统的设计和运行水平的不断提高,相信在冶金行业中,特别是提高我集团的装备水平,会有更广阔的前景。反渗透工艺系统在中心软水站中的应用@李运生$涟源钢铁集团有限公司动力厂!湖南娄底417009 @李云超$涟源钢铁集团有限公司动力厂!湖南娄底417009反渗透;;除盐水处理;;软水站介绍了反渗透工艺的原理、概况及在涟钢软水处理系统的应用,并对该系统的抗污染、生产运行、技术经济系统

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