• 水處理之全膜法水處理技術(六)

    發布時間:2018-10-23 14:50                

    如何進行水處理?

    捷誠環保為您介紹一種先進、實用的水處理技術——全膜法水處理技術。

    五、反滲透脫鹽系統的設計

    反滲透脫鹽系統的設計是依據原水水質、產水水質及水量要求、排放水量的要求及場地情況等原始資料.選擇合理的水處理工藝流程,選擇適當的膜元件,確定膜元件數員及組件的排列方式等。

    設計工作是水處理系統建造的重要環節,往往對工程質量、投資、制水成本控制等起著決定性作用。

    1、設計依據的資料

    水源水質資料是反滲透系統設計的重要依據,它決定了反滲透系統選用的膜類型及所要求的預處理工藝系統。

    在進行反滲透系統設計時,不僅要有正確的水源水質分析數據,還要對水源水質可能的變化趨勢資料進行分析,使設計的水處理系統能適應可能的水源水質的變化。

    產水水質的要求則是進行反滲透脫鹽系統膜的選型、組件的排列方式以及后處理系統設計的依據。

    2、進水的預處理

    根據原水水質及其水質特點,確定預處理方案。

    原水經預處理后的水質應達到反滲透膜元件對給水(進水)水質的要求。

    卷式反滲透元件對進水水質的要求

    懸浮物含量,mg/L

    淤塞密度指數SDI

    pH值

    化學需氧量,mg/L(KMnO4法,以O2計)

    游離氯含量,mg/L

    (以Cl2計)

    鐵含量,mg/L(以Fe計)

    醋酸纖維膜

    <0.3

    <4

    5.0~6.0

    <1.5

    0.2~1

    <0.05

    復合膜

    <1

    <5

    3~11

    <1.5

    <0.1

    <0.05

    3、反滲透裝置的設計

    (1)反滲透裝置的設計程序

    A、根據水源及水質確定使用膜元件的類型;

    B、根據對產水量和產水水質的要求,確定膜元件的數量、膜組件的排列方式和反滲透裝置的回收率;

    C、根據計算出的膜組件所需的推動壓力進行高壓泵的選型;

    D、配置儀表、閥門等配件。

    反滲透裝置的基本組成有筒式過濾器(通常稱作保安過濾器,)、升高進水壓力的高壓泵(簡稱高壓泵)、膜組件及管道、閥門、儀表等配件;一級二段反滲透脫鹽裝置。

    (2)反滲透裝置的性能參數

    參數

    計算公式

    說明

    給水、濃縮水和透過水的流量

    Qf = Qb + Qp

    Qf、Qb、Qp分別為給水、濃縮水和透過水的流量,m3/h

    ?F0、Ft分別為運行初期和時間t時所對應的反滲透膜的水通量,m3/(㎡h);

    ?m為膜由于受壓致密或受到污染而引起水通量減少的斜率值。

    ?cb、cp、cf分別為濃縮水、透過水和給水的含鹽量,mg/L。

    ?SP為透過水與給水的含鹽量之比,%;

    ?y?為透過水與給水的流量之比,%;

    處理能力

    lgFt= mlgt + lgF0

    鹽透過率(SP)

    SP = (cp/cf)*100

    脫鹽率(截留率)R

    R=(1- cp/cf)*100

    回收率y

    y=(Qp/Qf)*100

    濃縮倍數K

    K=(100-SP*y)/(100-y)

    K=100/(100-y)=cb/cf

    (3)膜類型的選擇

    原水的水質特點及對產品水的水質要求基本決定了膜的選型。

    CA膜的脫鹽率較低(95%~98%),化學穩定性較差,易水解。膜性能衰減較快,操作壓力較高;但CA膜表面光滑、不帶電荷,因此其抗污染物沉積的能力較強,微生物不易在膜表面粘滯;CA膜耐氧化能力較強,要求進水中維持0.3~?1.0mog/L的游離氯,這部分游離氯可持續保護反滲透裝置中的CA膜不受細菌侵蝕.還可防止由微生物和藻類的生長而引起的污堵。因此在處理污染較為嚴重的地表水及廢水的場合,常選用CA膜。

    復合膜的脫鹽率高(>99%),化學穩定性好,耐生物降解,并且操作壓力低;復合膜允許的PH值范圍比較寬,運行時為3~10(Filmtec/Dow為2~11),清洗時為2~11(Filmtec/Dow為1~12),可使反滲透給水少加酸或不加酸,清洗膜時可在較低酸性條件下進行,清洗效果好;復合膜允許的運行溫度最高為45℃(CA膜為35℃),有利于在較高溫度下清洗膜元件。因此對于地下水和污染較輕的地表水,應優先選用復合膜。

    (4)水通量的選取

    在產品水量一定的條件下,選取水通量的大小基本確定了反滲透裝置的膜元件數量。

    如設計選取的水通量低,則裝置要求的膜元件數量就多,設備投資就高;但水通量低,污染物在膜表面沉淀量少,因而污染速度慢。如水通量選的高,則裝置需要的膜元件數量就少,設備投資就低;但運行經驗表明,在膜的水通量超過一定值時,污染速度呈指數規律上升,高通量的系統增加了膜污染的速率和化學清洗的頻率。因此,水通量的選取既要考慮經濟性,又要考慮膜污染的因素。

    通常對于地下水,因其水質好,設計時可選取較高的通量:對于受污染的地表水,則應選用較小的水通量。

    平均水通量及允許每年水通量衰減率

    (5)膜組件的排列方式

    每個膜元件的產水量和回收率是有限的,為滿足水量的需求,需采用多個膜組件按一定的排列形式進行設計。

    有分段式(同一級內濃水分段)、分級式(透過液與產水分級)及部分循環式(部分濃水和透過液循環)。

    分段是指膜組件的濃縮液不經泵自動流到下一組的膜組件處理,流經n組膜組件處理即稱為n段;

    級是指膜組件的透過液(淡水)在經泵到下一組膜組件處理,透過液經n次膜組件處理稱為n級。

    分段式有簡單的單段式、部分循環式以及多段式。

    分級式(產水分級)用于對最終產水要求高的流程中,第一級RO產水作為第二級反滲透的給水,以此推類,這樣可最終制出高純度的產水。

    一級一段連續式流程

    單段式:給水進入膜組件后,濃縮液和透過液連續引出。適用于處理量小、回收率不高的場合。

    一級一段循環式流程

    部分循環式:是部分濃縮液返回給水中進行循環,濃縮液濃度不斷提高,因此回收率高,但透過液質量下降,適用于處理量較小并對回收率要求高的場合;

    分段(三段)式錐形排列

    多段式:將前一段的濃水作為下一段的進水,最后一段的濃水排放,而各段產水匯集利用,由于產品水的不斷排出,因此濃縮液流量隨段數的增加而下降,為了保持各段膜表面的流速基本一致,防止因流速過低產生濃差極化,應逐段減少膜組件數,即所謂的錐形排列,這種流程適用于處理量較大并需有較高回收率的場合,在工業脫鹽應用中使用最廣。

    (6)高壓泵的選型

    高壓泵提供了反滲透的推動力,是反滲透過程的關鍵設備,其性能的優劣直接影響到運行的經濟性。

    可根據進水流量、膜組件要求的給水壓力等參數進行選型。

    在確定給水水質并選定膜元件、膜組件的排列方式、回收率后,用RO設計軟件可以方便地計算出需要的給水壓力等數據。RO設計軟件可從膜廠商處得到。

    高壓泵有多級離心泵、容積式柱塞泵(小型裝置)等。?選用多級離心泵時,應在泵的出口管路上設置止回閥及電動慢開閥,前者可防止停機時被濃水回流沖擊而損壞高壓泵,后者可防止升壓過快而造成膜組件的損壞,通常升壓速度不宜超過0.07MPa/s;選用柱塞泵時,需設置緩沖器以消除脈動壓力對膜造成的傷害。

    (7)儀表、控制設備等配件的設置

    A、壓力開關

    一般在高壓泵的進、出口管路上均設有高低壓保護開關,以防止進水量不足造成泵的氣蝕及出水超壓造成膜的損壞o

    B、流量計

    設置產水和濃水流量計,測定裝置的產水量及濃水排放量,并以此控制反滲透裝置的回收率。流量計最好有累計和記錄功能。

    C、壓力表

    在保安過濾器進、出口設置壓力表,進、出口壓力差可作為更換濾芯的依據;在膜組件進水、各段出水、濃水排放、淡水管路上設置壓力表,用于監控運行壓力、各膜組件進出口壓差和產水管的背壓。

    D、電導率表

    設置進水及產品水的電導率表.由進水及產品水的電導率可近似地計算出反滲透裝置的脫鹽率。

    E、pH計、溫度表

    在進水管路上設置PH計及溫度表,對于沒有進水加熱器的反滲透系統,應安裝溫度高報警、超溫水自動排放和自動停運反滲透裝置的設備。

    F、SDI測定儀

    在高壓泵前的進水管路上設置,有條件時可選用SDI自動測定儀。

    G、流量控制閥

    濃水排水管上設流量調節閥,控制反滲透裝置的回收率。

    H、取樣閥

    在每個膜組件的進水、濃水、淡水管上設取樣閥,以監測各膜組件的水質狀況。

    六、反滲透脫鹽系統的運行

    1、膜元件的裝入和取出

    (1)膜元件裝入壓力容器

    應先仔細閱讀壓力容器用戶手冊(有詳細的安裝拆解說明)。

    準備好必要的工具、材料和防護用品,如卡環鉗、扳手、改錐、甘油、橡皮錘、手套、安全眼鏡等。

    按用戶手冊的方法取下壓力容器的二端端板,將壓力容器清洗、接拭干凈,并用毛巾或海綿浸甘油均勻涂抹壓力容器內壁,使內壁潤滑,便于膜元件的裝入。

    膜元件裝入壓力容器的操作程序

    A、打開塑料封袋,取出膜元件,檢查膜元件的密封環,并往密封環上涂甘油。

    B、將膜元件的2/3推入壓力容器,注意密封環在暴露端,且密封環唇面向外部。

    C、記錄膜元件系列號和位置。

    D、在膜元件連接件的o型密封環上均勻涂抹少許疆油。

    E、將連接件插人產品水管內或套在產品水管外(隨膜生產廠家不同)。

    F、開始裝入第2個膜元件,注意對準連接件,將膜元件連接好,饅慢地并保持與壓力容器平行地將策2個膜元件推入2/3。

    G、記錄第2個膜元件的系列號和位置。

    H、重復上述過程,直至所需數目的膜元件裝入壓力容器。

    I、在第一個和最后一個膜元件的兩外端插入已用甘油潤滑的產品水接頭。

    J、將推力環插入壓力容器濃水端,裝好濃水端端板。

    K、裝好進水端板。

    L、連接好端板處的管道。

    (2)從壓力容器中取出或更換膜元件

    A、拆下壓力容器端板的連接管件,卸下壓力容器二端的端板。

    B、從進水側向出水側推出膜元件。

    如是更換膜元件,則安裝膜的程序同時裝入新的膜元件,并將要更換的膜元件逐個頂出;如僅是要卸出膜元件,則需使用推桿類的工具,方將膜逐個推出。

    2、運行監控

    (1)預處理系統

    預處理系統出水(RO給水)最重要的監測項目是SDI。

    通常對于以深井水為水源的預處理系統,每班(8h)需測定一次SDI;而對于以地表水為水源的預處理系統,則應增加監測次數,通常為2~4h檢測一次。

    使用阻垢劑,應定期檢查阻垢劑加藥系統,每班應對阻垢劑的加入且做記錄,并與此期間反滲透系統的產水量所要求的阻垢劑加入量進行核對。

    使用加酸調整PH值,雖目前一般使用自動加酸系統來控制,但為了保證加酸系統的可靠運行,應經常對PH測定儀進行校核。

    其他需監控的項目有混凝劑的加入量,多介質過濾器、活性炭過濾器的運行壓差,COD、游離氯的濃度,保安過濾器的壓力、各段壓降等。

    (2)反滲透裝置

    流量、壓力、溫度及電導率均應有在線儀表進行監測,如有自動記錄則更好。

    流星包括反滲透進水、產品水、濃縮水的流量,由于這些流量的比值確定了反滲透裝置的回收率,而較設計值過高或過低的回收率均會對運行產生不良的后果,因此,保證流量監測儀表的準確性尤為重要。

    壓力包括反滲透進水、各段進水、濃縮水、產品水等的壓力。在恒定的壓力及溫度下,產品水流量的下降則表明了膜正在受到污染。

    電導率包括反滲透進水和產品水的電導率,電導率的大小反映了水中含鹽量的高低,從而反映了產品水水質的變化。產品水水質的下降反映了膜的污染程度或其他可能的情況,如O形密封圈的損壞等。

    3、計算機監控的應用

    在反滲透應用于電站鍋爐補給水處理和海水淡化等系統中,計算機監控是采用分散控制、集中監視的DCS(distributed??control system)控制系統。系統由工控機作為操作站,可編程序控制器(即PLC)為控制站,組成一個高可靠性和高效率的DCS控制系統;

    它主要對水質、流量、水溫、水壓和pH值等物理對象的有關模擬信號進行實時采集、顯示、存儲、統計、制表和打印。

    4、故障分析

    反滲透系統中最常見的問題是脫鹽率的下降和產品水量的降低,如果二者或其中之一緩慢地降低,則可能是污垢或水垢產生的常見現象,可以通過適當的清洗來解決問題;而突然或快速的性能下降,則表明處理系統出了問題或操作失當。對于上述的任何一種情況均應及時改善處理方法,采取校正措施,以減少更多的損失。

    進行分析和查找故障前,應首先校核各在線儀表.包括流量計、壓力表、溫度、電導率儀、PH計,以確保不是因儀表的故障而引起的分析錯誤;然后再通過對已進行了標準化后的運行數據的分析,判斷引起反滲透系統故障的原因,例如確定是因污垢引起膜的損壞還是因操作條件的變化而引起的產水量和脫鹽率的變化等;再結合分析和檢測手段、確定具體問題和發生的具體部位,然后再采取相應的處理措施。

    (1)記錄數據的標準化

    標準化是將實際的產品水量和脫鹽率校正至標準條件下(通常是初投運時所取得的數據,也可采用膜元件制造廠商的標準參數)的產品水量和脫鹽率的數學程序,溫度、壓力等影響因素及膜的運行時間對產品水量和脫鹽率的影響均在標準化過程中進行了考慮。標準化使特定條件下的數據有可比性。為了能難確的評價反滲透脫鹽系統的性能變化趨勢,對采集的運行數據必須進行標準化。

    標準化計算程序通常由膜供應南提供,也可在限制造商的網頁上方便地下載。???

    (2)故障特征及解決方法

    不同的故障均會使運行參數產生改變,這些運行參數主要有脫鹽率、產品水量、各段壓關等。通過分析這些運行參數的變化及變化趨勢,可以確定故障引起的原因。

    七、反滲透與其它除鹽設備的組合系統

    1、反滲透-離子交換除鹽系統

    反滲透與離子交換聯合組成的除鹽系統是目前使用較為廣泛的除鹽水處理系統。在這種系統中,反滲透作為離子交換的預脫鹽系統,可以除去原水中約95%的鹽分和絕大部分的其他雜質,如膠體、有機物、細菌等;反滲透產水中剩余的鹽分則通過后繼的離子交換系統除去。

    (1)與單純的離子交換除鹽水處理系統相比,該種系統的特點:

    A、系統對進水水質的適應范圍廣;

    B、出水水質好(對膠體、有機物、硅的去除率高);

    C、延長了離子交換設備的運行周期;

    D、大幅度降低了離子交換樹脂的再生用酸堿消耗量;

    E、酸堿廢液排放量減少。

    反滲透-離子交換聯合除鹽系統的具體組合形式,是由系統進水水質、反滲透裝置產水水質及要求的系統出水水質確定的。

    (2)在鍋爐補給水處理中常用的系統組合形式有;

    ??A、預處理→反滲透→脫碳器→混合離子交換器;

    ??B、預處理→反滲透→脫碳器→陽離子交換器→陰離子交換器

    ?C、預處理→反滲透→脫碳器→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器。

    2、反滲透-EDI系統

    反滲透與EDI(電去離子除鹽)聯合組成的除鹽系統的基本組成形式為:預處理→反滲透→EDI。

    在這種系統中,預處理通常采用微濾或其他過濾等方式,原水經預處理后,達到反滲透進水的要求;在反滲透裝置中,進水中的絕大部分鹽分、有機物和其他各種雜質被除去;在EDI裝置中,反滲透產水中的剩余鹽分被除去。

    反滲透-EDI除鹽系統的特點是:

    (1)真正實現了制備高品質的除鹽水不需要酸堿;

    (2)簡化了除鹽水處理系統,設備占地面積小,操作簡單;

    (3)對原水水質變化的適應性強;

    (4)出水水質好,出水電導率可以穩定在0.1μs/cm以下;

    (5)系統維護工作量小,但要求較為嚴格。

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