除盐水钠离子超标分析报告.doc

除盐水设备常用工艺方法比较除盐水设备可以去除水中的盐分，现在广泛应用于各个行业中。除盐水设备技术的工艺方法多种多样，有蒸馏水法，离子交换法，反渗透法，EDI电除盐等。在本文中，将把最常用的反渗透工艺及离子交换工艺的特点进行比较。除盐水设备反渗透工艺及离子交换工艺比较：1、社会效益反渗透工艺是当今最先进的除盐技术，利用反渗透工艺对水进行除盐，除盐率在97%以上。该工艺工作量轻，维护量极小，反渗透工艺实行自动操作，人员配置较少，操作管理方便。离子交换工艺是七十年代以来普遍采用的除盐工艺，它是靠离子交换工艺化学交换来完成对水进行除盐。该工艺方法操作量较多名维护量较大，人员配置较多，从目前锅炉除盐水工艺系统应用来看，离子交换工艺逐渐被反渗透工艺所取代。2、环境效益反渗透工艺是电能为动力，无需酸碱再生，若全为离子交换工艺的工作周期为1天，那么采用反渗透工艺脱除原水97%的盐分，在用离子交换工艺来担负3%的盐分，将使离子交换工艺的工作周期延至长30天以上，极大程度减少酸碱再生废液的排放量，降低了对环境的影响，大大减轻了酸碱排放废水的处理负担。全离子交换工艺除盐化学交换，需要酸碱再生，其再生频率大，酸碱用量大，对周围的水和大气环境均有较大程度的影响3、经济效益反渗透工艺制水成本低，通常该成本约2.5元/吨(含原水成本暂定1.0元/吨水，以及工资折扣等)，该工艺的投资约在两年内从节约酸碱的费用中回收，紧急效益非常显著。 而离子交换工艺的制水成本在5.0元/吨并且反渗透工艺发展应用至今，生产工艺已非常成熟，进口RO膜元件可稳定运行5年以上，而离子交换工艺运行周期受到原水含盐量变化影响很大，为延长运行周期，往往需要增加大量的离子交换设备。工艺占地面积大，运行管理不方便。根据以上分析，反渗透工艺比离子交换工艺更好一些。电厂反渗透膜的化学清洗反渗透膜法水处理工艺是目前公认为水除盐最有效的技术之一。在以地表水作为锅炉水源的大中型火力发电厂，化学除盐水处理中反渗透技术应用越来越广泛。但是由于反渗透膜在正常运行过程中，不可避免地会被无机盐垢、胶体、微生物、金属氧化物等污染，这些物质沉积在膜表面上，将会引起反渗透装置出力下降或脱盐力下降，因此为了恢复良好的透水和除盐性能，需要对膜进行化学清洗。 嘉兴发电厂是浙江地区较早使用反渗透膜法水处理技术的。一期2*300MW机组的除盐水系统中，通过技改在2000年安装了两套2*50t/h的反渗透装置，二期4*600MW机组的除盐水系统中安装了二套130t/h的反渗透装置。设备投运几年来，反渗透膜的清洗均是由电厂运行独立完成的，本文根据历年的清洗经验，总结出目前行之有效的典型常规药品典型清洗方法，以供同类型水源及设备的厂家作一参考。 1反渗透系系统的流程与运行情况 1.1水特点 嘉兴发电厂二期机组使用的水源是来自广陈塘，它是贯穿平湖境内的一条河流，水质特点为低浊度、高有机物，从历年的水质来看，夏季水质较好，每年的1、2、11、12是水质最差的季节，COD（锰法）最高达到15mg/l且腐植质、胶体类大分子有机物占较大比例，含盐量在700mg/l左右，正常情况下，原水的含盐量在400mg/l左右。 1.2反渗透设备的进水水质要求 反渗透膜采用陶氏公司的CPA3型抗污染复合膜，对反渗透设备的进水控制要求较严，进水水质为：SDI4，COD2mg/l，浊度1NTU， 1.3反渗透设备的流程 根据原水水质及进水水质的控制要求，设计流程为无阀滤池出水-多介质过滤器-活性碳过滤器精密过滤器（滤芯为4.5m）-高压变频泵-反渗透预脱盐水箱-预脱盐水泵-后续的离子交换设备，2*130t/h的反渗透装置膜组件16/9排列，设计脱盐率97%，回收率75%。 1.4反渗透系统的运行特点与清洗周期 2004年1月，二期2*130t/h反渗透装置移交运行，膜进水水质控制在SDI为3.5-4之间，浊度小于1NTU，进水COD的含量在活性碳更换初期可达到要求，但有多个月份维持在3mg/l左右，超过进水水质要求，且有时在测定SDI的膜片上能发现有一层绿色粘状的有机物，一套反渗透装置每月制水量在5万吨左右。 膜的运行特点是随着运行时间的增加，反渗透装置进水压力逐渐升高，透水量降低，出力下降较快，脱盐率无变化，6个月即达到清洗周期。 该系统的运行参数如下： 2反渗透膜清洗 2.1污染物的确定 （1）从系统运行状况来看，表面上系统压差下降不明显，膜的脱盐率无变化，但实际上随着膜的进口压力提高，在同样的浓水排放流量下，膜的进水流量下降较快，导致膜的出力直线下降。因此膜存在严重的污堵现象。 （2）从测定精密过滤器进口SDI值时看，SDI测定的过滤膜片上能发现有一层绿色粘状胶体状有机物，表面反渗透预处理系统无法完全去除原水中的有机物，反渗透膜存在有机物污堵。 （3）剖开一期已换下的膜组件看，膜污染的状况主要是以有机物污染为主，无机盐垢很少。 2.2清洗方案的确定 根据反渗透膜厂家提供的清洗参考，结合现场实际情况，我们采用了EDTA碱洗与柠檬酸酸洗相结合的清洗方案。具体如下： 1)系统管路冲洗： 采用清洗水泵为动力，用预脱盐水冲洗整个系统管路，包括清洗管路。 2)分段碱洗 根据溶液箱及管路体积，配制好1.0%的EDTA二钠盐溶液，并用分析纯的氢氧化钠调节溶液的pH值为10.5左右，清洗液温度保持在40左右，清洗分段进行，先清洗一段，再清洗二段，清洗方向与运行方向一致，清洗采用动态循环与静态浸泡相结合。 3)一二段串联酸洗 参照碱洗方案，配制好1%的柠檬酸溶液，并用分析纯的氨水调节溶液的pH值为2.5左右，清洗液温度保持在40左右，清洗时一、二段串联酸洗。也采用动态循环与静态浸泡相结合。 2.3清洗的具体实施表现 1)在清洗前检查整个清洗系统有关阀门及管路严密。 2)在碱洗时，每一段循环清洗的时间为1个小时，然后浸泡2个小时，如此往复，控制时间为16个小时。在清洗过程中，必须控制清洗液的pH值在10.5左右，当清洗液的颜色发黄、发深，出现大量泡沫时，表明清洗效果较好。 3)碱洗结束后，对反渗透系统和清洗管路进行大流量的除盐水冲洗。测定冲洗出水的pH值在7左右，方可实施酸洗。一、二段串联酸洗时，也采用动态循环与静态浸泡相结合，循环时间、频率与碱洗一致，有时清洗过程中清洗液的颜色会出现淡红色，这表明反渗透膜中有铁污染，氧化铁与柠檬酸络合成了柠檬酸亚铁胺络合物。 4)清洗结束后用除盐水对整个系统进行冲洗。 2.4清洗后的反渗透运行情况 3总结与建议 3.1对单一污染物的清洗，特别是对表面显示有机物污染的膜系统，采用EDTA碱洗与酸洗的复合清洗是必要的，只靠碱性配方清洗，效果难以凑效，实际上，较常见的有机物污染物表层可见到胶体或微生物，但下层可能是铁、铝等氧化物或硅酸盐垢。我们在某次清洗中根据膜厂家的建议，只采用了EDTA碱洗，结果清洗投运后膜的运行压差反升不降，后立即采用柠檬酸酸洗，膜设备投运后一切正常。 3.2采用静态浸泡与动态循环交替清洗，省时省力，效果较好。 3.3膜厂家在清洗配方的推荐时，往往在碱洗时要求加入阴离子表面活性剂，以利于有机物的清洗，但在实际使用时，活性剂会产生大量的泡沫，碱清洗后管道及溶液箱的清洗时间较长，易引起交叉污染，清洗时尽量不要使用。 3.4二期反渗透设备初次投运时，在测定SDI时，过滤膜片上有细小的石英砂颗粒，后拆开反渗透膜端板，发现膜进口端已有部分砂粒，采用了镊子夹、面团粘附的方法，清除了进口端的砂粒。最后重新安装了机械过滤器和活性碳过滤器的滤料。 3.5膜生物污染的积累会大量增加清洗次数和明显减少膜的性能，使用地表水作为水源的电厂，虽然定期再生及更换活性碳能一定程度上减小了膜的污染，但有机物的污染还是大大超出我们目前传统预处理设备的控制范围，因此使用更先进的预处理技术如超滤设备迫在眉睫，这可以大大保证反渗透系统的经济与安全性。离子交换和反渗透能耗比较由于水处理设备的工艺是根据不同的入水水质和出水要求而设计的，针对不同的原水水质特点而设计水处理方案才是最经济有效的方案，同时也是出水水质长期稳定达到要求的保证。除盐处理工艺的要求是多样的，用户对不同技术的看法也是不同。例如有些用户希望用反渗透技术，而有些用户则希望用更传统的技术如离子交换，另外有些用户则以低投资为主要考虑因素。离子交换法处理有以下特点：优点：预处理要求简单、工艺成熟，出水水质稳定、设备初期投入低；由于制水原理类同于用酸碱置换水中离子，所以在原水低含盐量的应用区域运行成本较低。缺点：由于离子交换床阀门众多，操作复杂烦琐；离子交换法自动化操作难度大，投资高；需要酸碱再生，再生废水必须经处理合格后排放，存在环境污染隐患；细菌易在床层中繁殖，且离子交换树脂会长期向纯水中渗溶有机物在含盐量高的区域，运行成本高从80年末开始，膜法水处理在我国得到了广泛应用，反渗透就是除盐处理工艺的膜法水处理工艺之一。反渗透法处理有以下特点：优点：反渗透技术是当今较先进、稳定、有效的除盐技术；与传统的水处理技术相比，膜技术具有工艺简单、操作方便、易于自动控制、无污染、运行成本低等优点，特别是几种膜技术的配合使用，再辅之经其他水处理工艺，如石英砂、活性炭吸附、脱气、离子交换、UV杀菌等原水含盐量较高时对运行成本影响不大缺点：预处理要求较高、初期投资较大本文以地下水为原水，生产250m3/h除盐水（5M.cm）为例，就离子交换和反渗透两种处理方法在工艺、占地方面、和运行成本作简要比较。2 工艺比较2.1离子交换法 1）离子交换处理工艺流程：2）流程简介：原水首先进入无阀滤池进行预处理直流入过滤水槽，再通过过滤水泵送水至阳床上部，在床中与强酸阳树脂接触，树脂将Ca2+、Mg2+、Na+、K+、等阳离子从水中置换到树脂上，除去阳离子后的水从塔下流出并送入脱CO2塔上部，在塔内与塑料多面空心球接触形成水膜， HCO3-很快分解成CO2和H2O，通过风机将CO2从塔顶吹除，从而大大减轻阴床的负荷。脱除CO2的水进入中间水池，中间水泵将水送入阴床，在床中与强碱阴树脂接触，树脂将水中SO42-、Cl-、NO3-等阴离子置换到树脂上，水中的阴离子被除去。经一级除盐后的水再进入混床除去少量残存阳、阴离子和SiO3，经混床处理制得合格的的除盐水。交换过程中，阳床、阴床和混床因交换剂饱合而失效，这时由再生系统对阳床、阴床和混床进行再生。再生结束进入下一周期，再生废水经处理合格后外排。 3）流程单元说明：预处理：无阀滤池：地下水经采集后在无阀滤器中将浊度降低至5NTU，避免污泥在后续床层上积聚，影响树脂交换能力。预除盐阳床：经阳床交换后，原水中98%的阳离子将被除掉，而变成软水，阳床出水呈酸性。阳床运行周期一般设计为24-48小时，若要更长时间，则设备和树脂将增大，不经济。在运行周期内一般要设计小反洗，避免水流将树脂层压实，而影响树脂交换能力。失效后的阳树脂可以用盐酸或硫酸进行再生，本例以盐酸为再生剂。脱碳塔：一般来说地下水碱度都在100mg/l以上，所以经阳床脱除金属离子后，碳酸氢根转化成大量的CO2，设置脱碳塔的目的就是将CO2去除。经脱碳塔后的CO2含量会在5mg/l，这样大大降低阴床的负荷。阴床：阴床的作用原理与使用要求与阳床类似，只是去的是阴离子。阴树脂失效后选用氢氧化钠再生。上述过程为一级除盐水，它的电导率10s/cm，SiO20.2mg/l，能满足中压锅炉给水要求。但是若需更高品质除盐水，就得在一级除盐水的基础上进行深化处理。精除盐混床：离子交换法精除盐的方法有二级除盐、多级除盐及混床除盐。常用的经济有效的方法是混床除盐。经混床处理过的除盐水，它的电导率0.2s/cm，SiO20.01mg/l。混床失效后，需用酸碱同时对阳、阴树脂进行再生。废水处理废水池：阳床、阴床和混床再生的过程都会产生酸碱废水，直接外排将对环境造成污染，所以必须收集起来，经处理合格后外排。废水池起到收集废水、调节废水、中和废水的作用。再生系统酸、碱贮槽和计量泵及混合器共同完成再生过程供液、计量的作用。整个工艺过程比较烦琐的是阳床、阴床和混床再生时要多次倒换阀门，而且一般每天或间隔一天就需再生，所以操作难度大，通常须配置经验丰富的操作人员。若采用自动控制，则控制点多、阀门要求高，投资很大。同时酸碱耗量大，再生废水也多。另外由于树脂对非极性的大分子没有去除能力，所以制水过程中可能会出现细菌殖生。2.2反渗法 1）反渗透处理工艺流程：2）流程简介原水经原水泵送到石英砂过滤器降低浊度，在活性炭过器中降低COD，胶体及有机大分子的含量。活性炭出水再送至保安过滤器进行最后的预处理，使原水SDI5mg/l，满足反渗透（RO）主机的进水要求。经保安过滤器后的合格水由高压泵送至RO主机反渗透进行除盐处理。反渗透膜截留下的有机物、胶体和盐无机盐由浓水侧直接排掉，不会给环境造成污染。产品水由膜清水侧送出至脱碳塔，除去渗透至清水的二氧化碳气体。脱气后的一级除盐水送至混床进行最后的精除盐。另外反渗透膜运行12-18月需进行一次化学清洗，以保证膜的透水量。3）流程单元说明：预处理反渗透的预处理要求比离子交换法严格，主要目的是解决如下问题： （1）防止反渗透膜面结垢（包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、铁、铝氧化物等在膜面沉积）； （2）防止胶体物质及悬浮固体微粒污堵； （3）防止有机物的污堵； （4）防止氧化性物质对膜的氧化破坏；（5）保证进水水温，保持反渗透装置产水量稳定。该过程主要包括加热器、加药装置、多介质过滤器、活性炭过滤器、保安滤器等设备。石英砂过滤器：配制石英砂过滤器，用于截留水中的悬浮物和胶体杂质，降低反渗透进水浊度，过滤器一般出水浊度1NTU。当出水大于1NTU或进出口压差大二0.01Mpa，过滤器需进行反洗。所以反洗周期及反洗时间视原水浊度而定。反洗时在进水同时送入压缩空气，擦洗滤料。活性炭过滤器：滤器内装填净水专用颗粒活性炭，用于吸附水中余氯和有机物，降低进水COD含量，活性碳过滤器出水的余氯（PPm）0.1。活性炭过滤器反洗以设备运行时间（或压差）来控制反冲洗周期。阻垢剂投加系统：为防止硬度离子及胶体等杂质在反渗透膜面上结垢，特在反渗透装置进水中添加阻垢剂，加药量一般为34 mg/l，具体由进水水质决定。保安过滤器：反渗透装置前配置保安过滤器，以防止颗粒进入高压泵及RO膜组件，损伤高压泵部件和划伤反渗透膜表面.保安过滤器滤芯采用外层精度为10m，内层精度为3-5m；这样不仅提高了过滤精度，还提高了滤芯使用寿命。因为普通滤芯为均一精度，在外表层堵塞后，就需更换;由于内外层精度不一，对进水不同粒径的大小粒子进行分层截留，充分利用了滤芯的内外表层，提高了粒子的截留效果。在正常工作条件下，滤芯可维持6-8个月以上的使用寿命，比普通滤芯寿命提高50。当过滤器进出口压差达到1.0Kg/cm2时需更换滤器内滤芯。以上预处理也可采用超滤（UF）等其它膜法处理方式。一级除盐：高压泵：高压泵是反渗透膜实现物理分离过程的动力源，目前低压膜的运行压力在1.5Mpa以内。反渗透（RO）主机：反渗透（RO）主机是一级除盐的心脏部分，由渗透膜、膜壳和辅助阀门和仪器组成。反渗透膜已发展到超低压、低污染的复合膜，单根膜脱盐率达99.5%。在RO装置运行期间，设间断自动快冲冲洗。在RO装置停运时，用产品水自动冲洗，挤排膜和不锈钢管道中的高TDS残水，使停运膜完全浸泡在淡水中，可以防止膜的自然渗透造成的膜损伤，去污除垢，使装置和RO膜得到有效保养。经反渗透处理，原水中绝大部分无机盐、有机物、微生物、细菌被截留。经反渗透处理的产品水可达到电导率10s/cm，SiO20.2mg/l。反渗透装置清洗：在长期运行过程中，反渗透膜面上总会日积月累水中存在的各种污染物。从而使装置的性能（产水量和脱盐率）下降，组件进、出口压差升高。为此，除日常启停装置前，进行低压冲洗外，还需进行定期化学清洗。化学清洗流程如下：清洗水箱清洗泵清洗过滤器反渗透装置 -反渗透法制取除盐水是一个物理过程，所以比离子交换法环保。同时处理过程简单，易操作，自动程度化高，人工干预量小。同时系统的管理与维护简单。3、占地面积比较（以地下水为原水，生产250m3/h除盐水（5M.cm）为例）项目离子交换法（m2）反渗透法（m2）预处理、一级除盐部分415485精除盐部分375315废水处理部分400125其 它445425合计16351350小结离子交换法比反渗法占地面积大，原因是离子交换法需要酸、碱再生需要酸、碱贮槽和废水处理池 4、经济运行比较（以地下水为原水，生产250m3/h除盐水（5M.cm）为例）1）设备投资项目（包含土建）离子交换法（万元）反渗透法（万元）吨水投资额2.503.003.00-4.00总投资（250吨）625-750750-1000小 结本投资为初略估算，工艺路线和自动化程度不同，投资也不一样 2）工艺酸碱、酸耗量：项目（8000h计）离子交换法（t）反渗透法（t）阳床酸平均耗量（30%计）925阴床碱平均耗量(20%计)1430混床酸平均耗量（30%计）1010混床碱平均耗量（20%计）2525吨水耗酸量（10-3kg/t）0.470.005吨水耗碱量（10-3kg/t）0.730.013小 结离子交换法全年要消耗大量的酸和碱，在酸、碱贮运、树脂再生过程中要产生大量的酸碱废水，所以反渗透法在环保方面比离子交换法有更大的优势3）装机容量及运转负荷：项目离子交换法反渗透法装机容量（Kw.h）269.00398.00运转负荷 (Kw.h)210.50270.00吨水耗电量(Kw.h/t)0.841.08小 结反渗透法比离子交换法电耗稍高4）水利用率：项目离子交换法反渗透法系统回收率88%75%小 结由于阳床、阴床和混床再生需要水，所以整个过程原水会一定损失，据经验回收率在88%左右。而反渗透的回收率在75%，但反渗透浓水的只是在盐份上较高，其浊度都比原水好。对水重复利用较好的厂家通常都将浓水引入到其它系统可以实现对很高的系统回收率。5）水运行成本项目离子交换法（元/吨）反渗透法（元/吨）水成本（原水按1.50元/吨计）1.5088%=1.701.5075%=2.14酸成本（盐酸按700元/吨计）7000.4710-3=0.33碱成本（碱按1000元/吨计）10000.7310-3=0.73电耗成本（按0.25元/KWh）0.840.250.211.080.250.27合计2