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    解析反滲透設備與離子交換設備不同之處

    發布日期:2013-11-05
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      由于水處理設備的工藝是根據不同的原水水質和出水要求而設計的,針對不同的原水水質特點而設計水處理方案才是最經濟有效的方案,同時也是出水水質長期穩定達到要求的保證。
      除鹽處理工藝的要求是多樣的,用戶對不同技術的看法也是不同。例如有些用戶希望用反滲透技術,而有些用戶則希望用更傳統的技術如離子交換,另外有些用戶則以低投資為主要考慮因素。
      二、效益分析
      1 社會效益:
      (1)反滲透是當今最先進的除鹽技術,利用反滲透對水進行除鹽,除鹽率在97%以上。該工藝工作量輕,維護量極小,反滲透實行自動操作,人員配置較少,操作管理方便。
      (2)IE是七十年代以來普遍采用的除鹽工藝,它是靠離子交換化學交換來完成對水進行除鹽。該工藝操作量較多名維護量較大,人員配置較多,從目前鍋爐除鹽水工藝系統應用來看,離子交換逐漸被反滲透工藝所取代
      2 環境效益
      (1)反滲透是以電能為動力,無需酸堿再生,若離子交換的工作周期為1天,那么采用RO脫除原水97%的鹽分,在用IE來擔負3%的鹽分,將使IE的工作周期延至長30天以上,極大程度減少酸堿再生廢液的排放量,降低了對環境的影響,大大減輕了酸堿排放廢水的處理負擔。
      (2)IE除鹽化學交換,需要酸堿再生,其再生頻率大,酸堿用量大,對周圍的水和大氣環境均有較大程度的影響
      3 經濟效益
      (1)RO制水成本降低,通常該成本約2.5元/噸(含原水成本暫定1.0元/噸水,以及工資折扣等),該工藝的投資約在兩年內從節約酸堿的費用中回收,緊急效益非常顯著。
      (2)IE工藝的制水成本在5.0元/噸
      4 工藝特點
      (1)RO對原水的含鹽量適應性強,由于對原水進行預除鹽97%,終端出水水質穩定,品質較好。RO膜技術發展應用至今,生產工藝已非常成熟,進口RO膜元件可穩定運行5年以上
      (2)IE運行周期受到原水含鹽量變化影響很大,為延長運行周期,往往需要增加大量的IE設備。工藝占地面積大,運行管理不方便。
      5 其他內容
      (1)RO用水率約97%,即有25%的水量作為工藝耗水,但此水與IE的酸堿廢水有本質區別,此水只是含鹽量高,而水體外關與原水相同,可以作為反沖洗和鍋爐沖灰等用水。
      (2)IE用水率約85-90%,工藝耗水基本是酸堿廢水,無法利用
      三、反滲透設備與離子交換設備的優缺點
      在70年到80年代末離子交換法在我國除鹽水處理領域得到廣泛應用。離子交換法處理有以下特點:
      優點:
      *預處理要求簡單、工藝成熟,出水水質穩定、設備初期投入低;
      *由于制水原理類同于用酸堿置換水中離子,所以在原水低含鹽量的應用區域運行成本較低。
      缺點:
      ◇由于離子交換床閥門眾多,操作復雜煩瑣;
      ◇離子交換法自動化操作難度大,投資高;
      ◇需要酸堿再生,再生廢水必須經處理合格后排放,存在環境污染隱患;
      ◇細菌易在床層中繁殖,且離子交換樹脂會長期向純水中滲溶有機物
      ◇在含鹽量高的區域,運行成本高
      從80年末開始,膜法水處理在我國得到了廣泛應用,反滲透就是除鹽處理工藝的膜法水處理工藝之一。反滲透法處理有以下特點:
      優點:
      *反滲透技術是當今較先進、穩定、有效的除鹽技術;
      *與傳統的水處理技術相比,膜技術具有工藝簡單、操作方便、易于自動控制、無污染、運行成本低等優點,特別是幾種膜技術的配合使用,再輔之經其他水處理工藝,如石英砂、活性炭吸附、脫氣、離子交換、UV殺菌等
      *原水含鹽量較高時對運行成本影響不大
      * 連續運行,產品水水質穩定
      * 無須用酸堿再生
      * 不會因再生而停機
      * 節省了反沖和清洗用水
      * 以高產率產生超純水(產率可以高達95%)
      * 無再生污水,不須污水處理設施
      * 無須酸堿儲備和酸堿稀釋運送設施
      * 減小車間建筑面積
      * 使用安全可靠,避免工人接觸酸堿
      * 減低運行及維修成本
      * 安裝簡單、安裝費用低廉
      缺點:
      ◇預處理要求較高、初期投資較大
      四、案例分析
      本文以地下水為原水,生產250m3/h除鹽水(5MΩ.cm)為例,就離子交換和反滲透兩種處理方法在工藝、占地方面、和運行成本作簡要比較。
      1.工藝比較
      1.1離子交換法
      1)離子交換處理工藝流程:
      2)流程簡介:
      原水首先進入無閥濾池進行預處理直流入過濾水槽,再通過過濾水泵送水至陽床上部,在床中與強酸陽樹脂接觸,樹脂將Ca2+、Mg2+、Na+、K+、等陽離子從水中置換到樹脂上,除去陽離子后的水從塔下流出并送入脫CO2塔上部,在塔內與塑料多面空心球接觸形成水膜, HCO3-很快分解成CO2和H2O,通過風機將CO2從塔頂吹除,從而大大減輕陰床的負荷。脫除CO2的水進入中間水池,中間水泵將水送入陰床,在床中與強堿陰樹脂接觸,樹脂將水中SO42-、Cl-、NO3-等陰離子置換到樹脂上,水中的陰離子被除去。經一級除鹽后的水再進入混床除去少量殘存陽、陰離子和SiO3,經混床處理制得合格的的除鹽水。
      交換過程中,陽床、陰床和混床因交換劑飽合而失效,這時由再生系統對陽床、陰床和混床進行再生。再生結束進入下一周期,再生廢水經處理合格后外排。
      3)流程單元說明:
      A.預處理
      無閥濾池:地下水經采集后在無閥濾器中將濁度降低至5NTU,避免污泥在后續床層上積聚,影響樹脂交換能力。
      B.預除鹽
      陽床: 經陽床交換后,原水中98%的陽離子將被除掉,而變成軟水,陽床出水呈酸性。陽床運行周期一般設計為24-48小時,若要更長時間,則設備和樹脂將增大,不經濟。在運行周期內一般要設計小反洗,避免水流將樹脂層壓實,而影響樹脂交換能力。失效后的陽樹脂可以用鹽酸或硫酸進行再生,本例以鹽酸為再生劑。
      脫碳塔:一般來說地下水堿度都在100mg/l以上,所以經陽床脫除金屬離子后,碳酸氫根轉化成大量的CO2,設置脫碳塔的目的就是將CO2去除。經脫碳塔后的CO2含量會5mg/l,這樣大大降低陰床的負荷。
      陰床:陰床的作用原理與使用要求與陽床類似,只是去的是陰離子。陰樹脂失效后選用氫氧化鈉再生。
      上述過程為一級除鹽水,它的電導率
      C.精除鹽
      混床:離子交換法精除鹽的方法有二級除鹽、多級除鹽及混床除鹽。常用的經濟有效的方法是混床除鹽。經混床處理過的除鹽水,它的電導率
      D.廢水處理
      廢水池:陽床、陰床和混床再生的過程都會產生酸堿廢水,直接外排將對環境造成污染,所以必須收集起來,經處理合格后外排。廢水池起到收集廢水、調節廢水、中和廢水的作用。
      E.再生系統
      酸、堿貯槽和計量泵及混合器共同完成再生過程供液、計量的作用。 整個工藝過程比較煩瑣的是陽床、陰床和混床再生時要多次倒換閥門,而且一般每天或間隔一天就需再生,所以操作難度大,通常須配置經驗豐富的操作人員。若采用自動控制,則控制點多、閥門要求高,投資很大。同時酸堿耗量大,再生廢水也多。另外由于樹脂對非極性的大分子沒有去除能力,所以制水過程中可能會出現細菌殖生。
      1.2反滲法
      1)反滲透處理工藝流程:
      2)流程簡介
      原水經原水泵送到石英砂過濾器降低濁度,在活性炭過器中降低COD,膠體及有機大分子的含量?;钚蕴砍鏊偎椭帘0策^濾器進行最后的預處理,使原水SDI
      3)流程單元說明:
      預處理
      反滲透的預處理要求比離子交換法嚴格,主要目的是解決如下問題
      (1) 防止反滲透膜面結垢(包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、鐵、鋁氧化物等在膜面沉積);
      (2)防止膠體物質及懸浮固體微粒污堵;
      (3)防止有機物的污堵;
      (4)防止氧化性物質對膜的氧化破壞;
      (5)保證進水水溫,保持反滲透裝置產水量穩定。
      該過程主要包括加熱器、加藥裝置、多介質過濾器、活性炭過濾器、保安濾器等設備。
      換熱器:
      由于反滲透裝置產水量隨水溫變化較大(一般溫度每變化一度,反滲透膜元件產水量變化2.5%),因而為保證冬季系統供水量,本工藝配置一臺換熱器。
      石英砂過濾器:
      配制石英砂過濾器,用于截留水中的懸浮物和膠體雜質,降低反滲透進水濁度,過濾器一般出水濁度≤1NTU。當出水大于1NTU或進出口壓差大二0.01Mpa,過濾器需進行反洗。所以反洗周期及反洗時間視原水濁度而定。反洗時在進水同時送入壓縮空氣,擦洗濾料。
      活性炭過濾器:
      濾器內裝填凈水專用顆?;钚蕴?,用于吸附水中余氯和有機物,降低進水COD含量,活性碳過濾器出水的余氯(PPm)
      阻垢劑投加系統:
      為防止硬度離子及膠體等雜質在反滲透膜面上結垢,特在反滲透裝置進水中添加阻垢劑,加藥量一般為3~4 mg/l,具體由進水水質決定。
      保安過濾器:
      反滲透裝置前配置保安過濾器,以防止顆粒進入高壓泵及RO膜組件,損傷高壓泵部件和劃傷反滲透膜表面.保安過濾器濾芯采用外層精度為10μm,內層精度為3-5μm;這樣不僅提高了過濾精度,還提高了濾芯使用壽命。因為普通濾芯為均一精度,在外表層堵塞后,就需更換;由于內外層精度不一,對進水不同粒徑的大小粒子進行分層截留,充分利用了濾芯的內外表層,提高了粒子的截留效果。在正常工作條件下,濾芯可維持6-8個月以上的使用壽命,比普通濾芯壽命提高50%。當過濾器進出口壓差達到1.0Kg/cm2時需更換濾器內濾芯。
      以上預處理也可采用超濾(UF)等其它膜法處理方式。
      一級除鹽:
      高壓泵:
      高壓泵是反滲透膜實現物理分離過程的動力源,目前低壓膜的運行壓力在1.5Mpa以內。
      化學清洗流程如下:
      清洗水箱→清洗泵→清洗過濾器→反滲透裝置
      ↑-------------------------------↓
      除碳器:
      由于反滲透對二氧化碳等氣體去除率低,所在在RO的產品水送到脫碳器是必要的,這樣可大大提高混床的使用周期。當然脫二氧化碳也可以脫氣膜來實現。
      精除鹽
      混床:
      反滲透產水經混床內陽陰樹脂進一步脫鹽,去除殘存的離子,出水電導率≤0.2μs/cm,SiO2
      反滲透法制取除鹽水是一個物理過程,所以比離子交換法環保。同時處理過程簡單,易操作,自動程度化高,人工干預量小。同時系統的管理與維護簡單。
      反滲透(RO)主機:
      反滲透(RO)主機是一級除鹽的心臟部分,由滲透膜、膜殼和輔助閥門和儀器組成。反滲透膜已發展到超低壓、低污染的復合膜,單根膜脫鹽率達99.5%。在RO裝置運行期間,設間斷自動快沖沖洗。在RO裝置停運時,用產品水自動沖洗,擠排膜和不銹鋼管道中的高TDS殘水,使停運膜完全浸泡在淡水中,可以防止膜的自然滲透造成的膜損傷,去污除垢,使裝置和RO膜得到有效保養。經反滲透處理,原水中絕大部分無機鹽、有機物、微生物、細菌被截留。經反滲透處理的產品水可達到電導率
      反滲透裝置清洗:
      在長期運行過程中,反滲透膜面上總會日積月累水中存在的各種污染物。從而使裝置的性能(產水量和脫鹽率)下降,組件進、出口壓差升高。為此,除日常啟停裝置前,進行低壓沖洗外,還需進行定期化學清洗。
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