水处理工艺—水处理简介、超滤反渗透

生产处山东华鲁恒升化工股份有限公司水处理工艺一、水处理装置简介•公本司拥有水处理装置。••1、水汽车间（净水站、大氮肥届区）•平流池（絮凝、沉淀）4个，每池容积4000m3；30000m3/dD型滤池1个；50000m3/dD型滤池1个。•8×100m3/h反渗透装置；4×80m3/h超滤装置；5×150m3/h超滤装置。•6×210m3/h阳床；6×210m3/h阴床；6×300m3/h混床。运行方式均为4用2备。•连续出力：一级除盐水800m3/h，二级除盐水1200m3/h。一、水处理装置简介•2、水汽车间（热动分部届区）••老水处理装置：•2×50m3/h阳床；2×50m3/h弱阴床；•1×50m3/h阳床；1×50m3/h阴双床；•1×100m3/h阳床；1×100m3/h阴双床；•1×150m3/h阳床；1×150m3/h阴双床。•连续出力：一级除盐水200m3/h•新水处理装置：•2×140m3/h超滤装置；2×100m3/h反渗透装置•2×100m3/h阳床；2×100m3/h阴床；3×200m3/h混床。•连续出力：一级除盐水200m3/h，二级除盐水400m3/h。二、水处理工艺流程二、水处理工艺流程三、超滤预处理工艺的反渗透系统超滤预处理工艺的反渗透系统称为集成膜系统（IMS）1、超滤１.１超滤是一种流体切向流动和压力驱动的过滤过程，并按分子量大小来分离颗粒。超滤膜的孔径大约在0.002-0.1微米范围内。溶解物质和比膜孔径小的物质能作为透过液透过滤膜，不能透过滤膜的物质被浓缩于排放液中。因此产水中含有水、溶解固体及小分子量物质，而胶体、悬浮颗粒、高分子量有机物、细菌、病毒和原生动物将被过滤去除。1、超滤超滤系统的运行•1、超滤•１.２超滤作为反渗透预处理的优点•Ÿ膜过滤精度远高于传统过滤，可全部去除大于0.1μm的胶体和颗粒物；•Ÿ对悬浮颗粒、胶体、微生物、细菌、病毒的去除率近100%；•Ÿ对有机物的去除率达20－50%；•Ÿ受原水水质波动影响小，出水水质稳定；•Ÿ运行压力低，节能效果显著；•Ÿ可全自动运行；•Ÿ可显著提高反渗透的产水通量，节省反渗透膜用量；•Ÿ大幅度降低反渗透清洗频率，提高反渗透的效率及稳定性；•Ÿ预处理化学药剂用量小，降低污染排放。1、超滤１.３超滤工艺原理1.3.1超滤属于滤膜过滤工艺，是一种压力驱动的过滤技术，用泵将水压入组件，由于滤膜的膜压差（TMP），进水得到过滤。水中杂质由滤膜去除，并留在进水中。当被去除杂质的浓度变得太高时，胶体开始产生堵塞，或在滤膜上产生结垢。在滤膜表面产生的沉积层会改变其过滤性质和所需的过滤压力。因此，一部分进水作为浓缩液被定期从系统中去除。1、超滤１.３超滤工艺原理1.3.2超滤有两种基本工作方式：死端过滤（全过滤）和错流过滤（1）死端过滤模式：所有进水都加压通过滤膜，浓缩液只在反洗时被去除。死端过滤模式示意图如下：死端过滤也称为直流过滤、全量过滤，与常规的滤布过滤相似，被处理物料进入模组件，等量透过液流出模组件，截流物留在模组件内。为了保证膜性能的可恢复性，必须及时从模组件内卸载截留物，因此需要定时反冲洗（过滤的反过程）等措施来去除膜面沉积物、恢复膜通量。模组件污染后不能拆开清洗，通常使用在线清洗方式。这种模式主要用于高质量和混浊度较低的水，全量过滤方式可以实现水回收率的最大化，达到95－98％，但一般限于原水的悬浮固体含量较低的情况（浊度10NTU）。1、超滤１.３超滤工艺原理（2）错流过滤模式：部分浓缩液连续排放。在错流过滤模式中，浓缩液以较高的流速流过滤膜，在膜丝中振荡，这样可以防止沉淀和沉积层的形成。错流过滤模式示意图如下：被处理料液以一定的速度流过膜面，透过液以垂直方向透过膜，同时大部分截留物被浓缩液夹带出模组件。错流过滤模式减小了膜面浓度极化层的厚度，可以有效降低膜污染。错流操作模式的典型水回收率为90－95％。1、超滤１.３超滤工艺原理1.3.3以反洗模式清洗：滤过水从出水口向浓缩口冲洗，很有效地去除沉积层。为避免厚污垢层的形成，系统需要定期反洗。反洗工艺示意图如下：在反洗模式中，滤过的水被加压从过滤出口到浓缩液口“反向”通过系统，从而去除了滤膜浓缩液侧的污垢。反洗用的滤过水或者储存在储水箱中，或者由其他过滤单元供应，浓缩液由定期的反洗程序不断去除。在反洗水中投加氯或过氧化物可提高清洗效果，但不必每次反洗都投加，而是以频度不大的时间间隔使用。系统被清洗的频率取决于进水的质量。1、超滤１.３超滤工艺原理1.3.4以正向冲洗模式清洗：在反洗顺序之前进行正向冲洗可显著增强反洗性能。这个工艺不用滤过水而通常使用进水。反洗工艺示意图如下：超滤膜元件的结构•过滤1、超滤１.３超滤工艺原理1.3.5化学清洗超滤的化学清洗取决于进水中污染物的类型，单用反洗可能不能完全去除污垢层，这将造成超滤的性能随时间而降低。为恢复系统原先的过滤性能，需要进行化学清洗。清洗剂可选用酸、氢氧化钠、次氯酸钠和其它消毒剂。1、超滤１.4工艺指标超滤进水温度15～40℃超滤出水SDI≤3进水压力≤0.25MPa跨膜压差≤0.08MPa回收率≥90％2、反渗透2.1工艺指标进水温度15～40℃进水SDI≤4进水PH3~10进水余氯＜0.1mg/L进水总铁＜0.1mg/L进水COD＜3mg/L进水压力≥0.2MPa给水/浓水压差≤0.6MPa回收率75％脱盐率≥98%（一年内），≥95%（三年内）2、反渗透2.2反渗透原理当把一张具有一定透过性的薄膜放到溶液中时，膜对溶剂或溶质表现出一定的选择透过性，即膜或是使溶剂通过或是使溶质通过，前者称为渗透，后者称为渗析。若所用的薄膜只能使溶液中的溶剂或溶质单独通过，溶剂和溶质不能同时通过，这种薄膜称为半透膜。对于反渗透、渗析及电渗析使用的是致密膜，而超过滤及微孔过滤使用的是多孔质膜。反渗透是反其自然渗透过程的一种科学方法，渗透和反渗透均是通过半透膜来完成的，当用半透膜隔开两种不同浓度的溶液时，稀溶液中的溶剂就会透过半透膜进入浓溶液一侧，这种现象叫渗透。当在浓溶液侧施加一外来压力时，渗透过程即停止，即达到所谓渗透平衡，平衡状态所需要的外加压力称为渗透压差。渗透压是溶液本身的一种性质，其值与膜无关。当继续增大浓溶液一侧的压力，即所施压力大于渗透压力时，溶剂会反其原来的渗透方向，由浓溶液侧通过半透膜进入稀溶液侧，这种现象称为反渗透。2、反渗透2.3反渗透脱盐原理对于反渗透膜的脱盐机理，目前有几种不同看法。主要是“选择吸附-毛细管流动理论”和“筛分理论”，此外还有“氢键理论”以及“溶解扩散理论”。“选择吸附-毛细管流动理论”：当含盐的水溶液与多孔的半透膜表面接触时，则在膜的溶液界面上选择吸附一层水分子，在反渗透压力的作用下，通过膜的毛细管作用流出纯水，并连续地形成和流出这个界面纯水层。该机理阐明在半透膜的表皮上布满了许多极细的膜孔，在膜的表面选择吸附了一层水分子，盐类溶质则被排斥，化合价越高的离子被排斥的越远，膜孔周围的水分子在反渗透压力的推动下，通过膜孔流出纯水，因而达到除盐的目的。当膜孔大于反渗透膜孔范围时，盐的水溶液就泄漏过膜，其中的一价盐泄漏较多，二价盐次之，三价盐更次之。至于对于有机物的去除，纯属筛分机理。反渗透膜能滤除各种细菌，如最小的细菌之一绿脓杆菌；也能滤除各种病毒，还能滤除热源。2、反渗透2.3防止反渗透装置结垢结垢是由于给水中的微溶盐在给水逐渐浓缩时超过了浓度积而沉淀到膜上，因此必须防止CaCO3、CaSO4、SrSO4、BaSO4、SiO2、CaF2结垢。为了保证反渗透系统正常运行，有效防止膜组件结垢,采用投加阻垢剂的方法。2、反渗透2.4反渗透器的结构反渗透装置主要由反渗透膜元件和压力容器组成。反渗透膜主要有醋酸纤维素膜、芳香族聚酰胺膜复合膜等品种。把导流隔网、膜和多孔支撑材料依次迭合，用粘合剂沿三边把两层膜粘结密封，另一开放边与中间浓水集水管联接，再卷起来，就组成了一个膜元件。反渗透器主要有板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式四种。将数只膜元件装入压力容器中，进水原液生水是通过进水隔网的空隙沿着膜表面流动。在此过程中，透过膜的淡化水再经过产品水导网螺旋形地流向中心管，然后将产品淡化水导出系统外，这就组成了螺旋卷式反渗透器。本公司所使用的是螺旋卷式复合膜反渗透器。其优点是：单位体积内的膜堆面积大，结构紧凑，占地面积小。缺点是：比较容易堵塞。因此，对进水原液的预处理要求较严格。水处理技术对生水进行过滤、加药和精密过滤的目的，就是要保证膜元件的长期使用。反渗透布置系统有单程式、循环式和多段式。多段式系统充分提高了水的回收率，用于产水量大的场合，膜组件逐渐减少是为了保持一定的流速，以减轻膜表面浓差极化现象。反渗透膜元件的结构反渗透膜元件的结构反渗透的运行2.5反渗透的化学清洗•清洗频率：3-6月清洗一次•清洗流量：7-9m3/h每只膜壳•1)正常清洗时，清洗系统压力采用使系统基本不能产出纯水时的压力为最好，清洗液温度基本保持在20-40℃。必须用反渗透产品水或去离子水配制清洗药液，药液混合要均匀。•2)清洗时要将反渗透压力容器和管道内的存水排掉，再把清洗过程冲产生的浓缩液向清洗药箱循环。如果回流清洗液明显变色或浑浊应重新准备清洗药液。若回流清洗液PH变化超过0.5，应重新调整PH或更换清洗液。•3)按规定时间清洗完成后，应立即用反渗透产品水或去离子水进行冲洗。冲洗时间一般为30-60分钟，并将反渗透出口水放掉（开产水自动门、冲洗浓水测排放自动门）。•4)确认冲洗完成后，最好立即投入正常运行，化学清洗后至投入运行时间不得超过24小时。2.5反渗透的化学清洗常见清洗液清洗液成份配制100加仑（379升）溶液时的加入量PH调节1柠檬酸反渗透产品水（无游离氯）17．0磅（7.7公斤）100加仑（379升）用氨水调节PH至3.02三聚磷酸钠EDTA四钠盐反渗透产品水（无游离氯）17．0磅（7.7公斤）7磅（3.18公斤）100加仑（379升）用酸调节PH至10.03三聚磷酸钠十二烷基苯磺酸钠反渗透产品水（无游离氯）17．0磅（7.7公斤）13磅（0.97公斤）100加仑（379升）用酸调节PH至10.04盐酸(HCl)(浓度36%)0.47加仑(1.8升)缓慢加入盐酸调节pH至2.5，调高pH用氢氧化钠5氢氧化钠(100%粉末)或(50%液体)0.83磅(0.38公斤)0.13加仑(0.5升)缓慢加入氢氧化钠调节pH至11.5，调低pH时用盐酸3计算公式•2.1超滤部分•(1)去除率：留在滤膜进水侧的水的各种成分浓度的百分比。•R=（1-Cf/Cz）×100%•式中：R——去除率（%）；Cf——产水浓度（mg/L）；•Cz——进水浓度（mg/L）•(2)膜通量：过滤容积流量与滤膜表面积之比。•J＝V／F•式中：J——膜通量（l/m2·h）；V——过滤容积流量（l/h）；•F——滤膜表面积（m2）•(3)跨膜压差（TMP）：产水侧和原水进出口压力平均值的差值。•ΔP＝（Pz+Pc）/2-Pf•式中：ΔP——跨膜压差（bar）；Pz——进水口处压力（bar）；•Pc——浓水口处压力（bar）；Pf——产水出口处压力（bar）3计算公式•3.2反渗透部分•(1)回收率•回收率表示产水流量与进水流量的比率，通常以百分率表示：•Y＝Vp／Vf×100%＝Vp／（Vp+Vc）•式中：Y——回收率（%）；Vp——产水流量（m3/h）；•Vf——进水流量（m3/h）；Vc——浓水流量（m3/h）•(2)盐透过率：表示产品水含盐量与进水含盐量的比率。•Sp＝Cp／Cf×100%•式中：Sp——盐透过率（%）；Cp——产品水含盐量；Cf——进水含盐量•(3)脱盐率：脱盐率＝100－盐透过率，以百分率表示。•Ry＝（1－Cp／Cf）×100%•式中：Ry——在回收率为Y条件下的脱盐率（%）