高含盐水除盐系统中采用反渗透技术的

1、全国化工热工设计技术中心站年会论文集 149.高含盐水除盐系统中采用反渗透技术的经济性和可靠性谢淑兰 武守华华泰工程公司（化工部第二设计院） 在水处理行业中，由于水源水质不同，用户对水质要求不一，水处理方法又有各种各样，所以要正确选择给水处理方案是一项技术性较高、工作量较大的工作。在设计中通常采用离子交换法，其设备和工艺技术都是很成熟的，但对高含盐量水来说，若仍然采用单纯离子交换法就不够理想。本文以X X 化工厂TDI工程脱盐水站设计为例，对采用反渗透系统与其他脱盐水系统的技术经济性作一番比较，供同行参考。1.水站概述该水处理站主要供TDI工程化工工艺用水和中压锅炉补充水。处理水量：反渗透装置

2、为75m3/h, 离子交换装置为100m3/h。1.1原水水质原水为地下深井水，水质摘录如下：Na+K+ 452.27m/l Cl- 435.58 m/lGa2+ 13.05 m/l SO42- 115.27 m/l Mg2+ 5.47 m/l HCO3- 356.97 m/lFe3+ 0.28 m/l CO32- 0.00 m/lAl3+ 0.00 m/l I- 0.20 m/lFe2+ 0.03 m/l F- 2.45 m/lNH4+ 0.07 m/l NO3- 0.28 m/lMn2+ 0.00 m/l HPO42- 0.02 m/l OH- 0.00 m/l可溶硅酸 15.00 m/L

3、 固形物 1222.36 m/LPH 8.2水温 291.2供水水质电导率 s/cmPH 71.3系统的拟定根据原水水质和用水水质要求，先拟定三个流程方案作比较：电渗析离子交换法、全离子交换法和反渗透-离子交换法三种。2.方案比较2.1电渗析离子交换法2.1.1除盐机理电渗析是膜分离技术的一种，其除盐机理是在直流电场作用下，以电位差为推动力，将水中带电的（阴）阳离子各自作定向迁移，由于离子交换膜有选择透过性，而使淡水室中的阴离子向正极移动，透过阴膜进入浓水室，浓水室的阴离子不能透过阴膜而留在浓水室内，淡水室中的阴离子向负极移动，透过阳膜进入浓水室，浓水室的阳离子也不能透过阳膜而留在浓水室，从而

4、使淡水室的水被淡化而水被浓缩。2.1.2流程选择原水机械过滤器电渗析器阳离子交换器除CO2器阴离子交换器阴阳混合离子交换器用户。2.1.3主要设备选择机械过滤器 3200 3台电渗析器 30t/h 4台 阳离子交换器 2000 3台除CO2器 1500 3台阴阳混合离子交换器 2000 3台阴离子交换器 1600 3台2.1.4吨水消耗指标盐酸（31%） 0.7 k业碱（40%） 083 k电 1.84 kw原水 1.823 吨2.1.5评价本工程采用此流程有以下缺点：（1） 电渗析器台数太多，维修工作量大，劳动强度高，连续供水的可靠性差。（2） 水的利用率低。因此这种流程不适宜在大规模连续供

5、水的装置中采用。2.2全离子交换除盐系统2.2.1流程选择原水机械过滤器强酸阳离子交换器弱酸阳离子交换器除CO2器弱碱阴离子交换器阴双室浮动离子交换器阴阳混合离子交换器用户。2.2.2主要设备选择强酸阳离子交换器 2000 6台除CO2器 1500 2台弱碱阴离子交换器 2000 3台阴双室浮动离子交换器 1800 3台阴阳混合离子交换器 1600 2台2.2.3吨水消耗指标盐酸（31%） 0.748k液碱（40%） 1.65 k电 1.14kw原水 1.15吨2.2.4评价此流程酸碱耗量大,运行费太高,酸碱的组织运输、贮存也很困难,对环保不利。同时再生频繁,运行操作复杂。2.3反渗透-离子交

6、换法2.3.1基本流程原水机械过滤器活性炭过滤器精密过滤器反渗透除CO2器阳单室浮动床阴双室浮动床阴阳混合离子交换器用户。工艺冷凝液经活性炭过滤器后在除CO2器后加入。为了防止反渗透膜面结垢和调节PH值,在精密过滤器前加入六偏酸钠和盐酸。2.3.2主要设备选择机械过滤器 3000 3台活性炭过滤器 3000 3台精密过滤器 500 2台反渗透装置 37.5 2套除CO2器 1000 2台阳单室浮动床 1800 2台阴双室浮动床 1800 2台阴阳混合离子交换器 1500 2台该反渗透装置膜元件采用进口卷式复合膜(TFC),该膜是一种新型的反渗透膜,具有不易水解,抗生物侵蚀能力强、抗膜压密、可在

7、较低压力下运行等优点,能维持稳定的脱盐滤。2.3.3吨水消耗指标盐酸(31%) 0.277k烧碱(40%) 0.101k电 2.18kw水 1.46吨六偏磷酸钠 0.01k2.3.4评价该流程利用了反渗透装置作为预处理手段,其优势在于大幅度降低了原水含盐量, 大幅度降低了酸碱耗量,并降低了运行费用,同时又从分充分利用离子交换法能深度除盐、保正出水的特点。2.4上术三种方案的技述经济比较:项 目电渗析-离子交批法方案一全离子交批法方案二反渗透-离子交批法方案三一、总投资555.85万元690万元758.41万元二、年运行费142.24159.2994.4其中：1.31%HCL耗量17.1319.

8、637.2615 2.100%NaOH耗量28.0862.43.8317 3.六偏磷酸钠/2.025 4.药品运杂费4.5217.81.3118 5.水 费27.318.112524.15 6.电 费33.3631836.897 7.人工费1085.0 8.树脂补充费625.354.695 9.滤芯更换费/1.125 10.膜更换费15.84/8.1三、固定资产折旧费28.3127.6938.11四、每吨水经济指标5.376.195.41由上表的经济比较可以看出，在同等处理水量、出水水质情况下，反渗透-离子交换法的投资虽然比其它两种方案稍高但运行费用低，投资回收年限短。方案一，维修工作量大，连

9、续恒量供水不稳定，影响化工装置产品的质量和数量，间接经济损失更大。技术方面反渗透离子交换法与其它两种水处理方法相比有以下优点：（1）运行操作简便。（2）连续出水。（3）再生次数少，酸碱耗量低，对环保有利。（4）出水水质好，能除去水中的胶体硅、有机物、细菌、病毒、热源等。（5）设备少，需厂房面积小，维修工作量少。3. 反渗透技术及发展前景3.1反渗透脱盐概述反渗透脱盐是二十世纪五十年代兴起的一项新技术。1953年美国开始进行反渗透的研究，1960年制成了第一张醋酸纤维素膜，1970年研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“B-9”型种空纤维膜组件，并获的美国化学工程最高奖。从反渗透技术在美国、日本得到迅猛

10、的发展，随后在世界各地相继应用。已有数千套反渗透脱盐装置用与电力、电子、化工、轻工和城市用水等领域。我国电子、电力行业先后引进了200余套反渗透装置，运行稳定，出水水质均能达到设计要求。1964年我国开始研制反渗透膜，到1987年101.6mm(4) 203.2mm（8）醋酸纤维膜卷式元件通过国家科委的鉴定，国产100m3/h出力的大型反渗透装置也已在山东胜利油田稠油厂投入运行，该装置作为国家“七五”科技攻关项目，以于1990年通过国家科委的鉴定。3.2反渗透工作原理水通过一种半透膜进入一种溶液或从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然流动谓之渗透。这种对水或溶质具有选择透过性的膜谓之半透膜。但是

11、，在浓溶液一边加上适当的压力则（下转第82页）（上接第148页）可使渗透停止，当稀溶液向浓溶液的渗透停止时的压力称为溶液的渗透压。反渗透则是在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液的水压到半透膜的另一边，这和自然界的正常渗透过程相反，因次称为反渗透。这种特制的渗透膜称为反渗透膜。反渗透膜发展到现在，主要有醋酸纤维素（CA）膜、聚酰胺（PA）膜、复合膜(TFC)及OPTIMEM膜。复合膜是目前世界上性能最好，最先进的一种膜，能去除95%的Na,对钙镁离子可去除98%以上，对其它高价离子几乎可以全部去除。对有机物特别是高分子化合物去除能力相当高，具有脱盐率高，水通量大，能

12、耗低，运行范围宽，易清洗，使用寿命长的优点，价格比CA膜稍高贵。而OPTIMEM膜因价格昂贵，尚未推广到工业化应用。对于工业用水脱盐的反渗透器构造主要有中空式和涡卷式两种。中空式的优点是：(1)单位体积中膜的表面积比率，一般可达1600030000m2/m3;(2)膜不需支撑材料，中空纤维膜本身可以受压而不破裂。缺点是：（1）膜面去污困难，液料需进严格预处理。（2）中空纤维膜一旦损坏是无法更换的。涡卷式的优点是：(1)单位体积中膜的表面积比率大；（2）压力导管的设计简单，具有挠性，安装和更换容易，结构可以紧密放在一起。缺点是：（1）料液含悬浮固体不适易（2）料液流动路线段；（3）压力消耗高；（4）再循环浓缩困难。设计中究竟选用那一种结构型式，需根据原水水质情况，