化工企業(yè)大型反滲透系統的設計方案選擇

針對目前化肥企業(yè)鍋爐用水采用傳統的離子交換法存在酸堿消耗大、污染嚴重、水質(zhì)穩定性差、自動(dòng)化程度低、設備運行有維修費用高等缺點(diǎn)，大多數企業(yè)在水處理系統改造時(shí)逐漸采用反滲透技術(shù)。由于化肥企業(yè)鍋爐及工藝用水具有用水量大、水質(zhì)要求高、原水水質(zhì)較差且系統投資大等特點(diǎn)，反滲透系統設計方案是否科學(xué)合理將會(huì )直接影響到系統的安全、經(jīng)濟、平穩、可靠運行。

處理系統設計

反滲透系統能否安全有效運行，預處理系統的設計是否合理至關(guān)重要。一般而言，地下水水質(zhì)含鹽量大、水質(zhì)穩定，污染指數SDI低，微生物含量低，預處理較為簡(jiǎn)單，但需加強原水阻垢處理。地表水含鹽量低但水質(zhì)不穩定，隨季節變化大，懸浮物、膠體、有機物和微生物含量高，SDI高，極易產(chǎn)生膜的污堵，對它的預處理要比地下水復雜的多。

設計者應根據用戶(hù)提供的水源常規分析項目水中的各類(lèi)陰、陽(yáng)離子、及綜合分析項目（SDI、濁度、BOD、COD）指標來(lái)確定合理的預處理方案。

設計多介質(zhì)過(guò)濾器時(shí)地表水應確保濾速小于10m/h，地下水水質(zhì)較好時(shí)可控制在15 m/h以下。

處理還原態(tài)井水中的二價(jià)鐵，通常采用的方法是曝氣法和錳砂過(guò)濾除鐵法。

使用市政自來(lái)水作為原水時(shí)要特別注意游離氯的含量，當游離氯的含量大于0.1mg/L時(shí)應進(jìn)行脫氯處理，余氯可以通過(guò)活性炭或化學(xué)還原劑還原為無(wú)害的氯離子，一般在小型系統中采用活性炭法，而在大型系統中通常采用化學(xué)還原劑法。

活性炭脫氯的反應過(guò)程如下：

C+2CI2+2H2O 4HCI+CO2

在有些情況下，炭床被可能成為微生物的滋生場(chǎng)所，微生物也會(huì )引起膜的污染，所以還需要采取措施降低微生物的生長(cháng)。

偏亞硫酸鈉（SMBS）是最常用于脫除游離氯的還原劑，其它的還原劑如二氧化硫，但與SMBS相比，價(jià)格沒(méi)有競爭力。偏亞硫酸鈉（SMBS）溶于水時(shí)形成亞硫酸鈉（SBS）： Na2S2O5+H2O 2NaHSO3

然后SBS按如下反應還原成鹽酸：

NaHSO3+HOCI=HCI+NaHSO4

SMBS雖然脫氯速度很快，為了保證完全反應，推薦使用表態(tài)混合器，以使溶液充分混合均勻。

為了安全起見(jiàn)還應在混合下游安裝氧化還原電極（ORP）檢測氯的含量，當檢測到余氯時(shí)，電極信號將激活報警并停止高壓泵。

針對一些水質(zhì)較差的地表水，應考慮采用超濾（UF）作為預處理，超濾能夠有效地去除水中的懸浮物、膠體、有機大分子、細菌、微生物等雜質(zhì)，經(jīng)超濾處理后水的SDI<1,但超濾(UF)裝置投資較大,操作維護較復雜。

進(jìn)水來(lái)自經(jīng)混凝、澄清處理后的地表水，水溫隨季節變化較大，而反滲透系統的產(chǎn)水量受水溫的變化影響較大，在壓力恒定的條件下，水溫每變化1℃，其產(chǎn)水量大致增減2.7%；為了彌補因冬季水溫較低而致使反滲透系統產(chǎn)水水量下降的情況，同時(shí)考慮運行成本，應考慮采用熱交換器將原水加熱使其維持在20℃左右。如暫時(shí)無(wú)換熱條件，在設計反滲透系統時(shí)應特別注意溫度這一因素。

為了防止在反滲透膜濃水側溶解性物質(zhì)因不斷濃縮達到過(guò)飽和狀態(tài)而析出（結垢），在大型系統中防止結垢的辦法通常采用添加阻垢劑。

阻垢劑的選型及投加量取決于原水水質(zhì)，大型系統推薦選用進(jìn)口多元共聚復合阻垢劑，它可以提高水中的難溶物質(zhì)的飽和度。其作用機理分別為：抑制析出作用、分散作用、晶格扭曲作用、絡(luò )合作用。

預處理系統比較保守的設計，通常能使反滲透系統運行安全、穩定，能增強對水質(zhì)變化的適應性；雖然保守的設計會(huì )使初期投資費用較高，但與系統穩定性及設備檢修費用相比是有價(jià)值的。

設計科學(xué)、完善的預處理，才能保證反滲透系統進(jìn)水符合要求，從而降低膜的污染，延長(cháng)膜的使用壽命，確保產(chǎn)水水質(zhì)穩定。反之，如預處理達不到設計要求，則后果十分嚴重。

反滲透系統設計

反滲透系統的設計必須綜合考慮到其運行的安全、穩定、技術(shù)經(jīng)濟合理性、易于操作和維護、設備空間限制及環(huán)境保護等諸多方面的要求。

大多數膜的生產(chǎn)廠(chǎng)家為了方便用戶(hù)進(jìn)行系統設計，都有自己的設計軟件，在進(jìn)行系統設計時(shí)，選擇水質(zhì)類(lèi)型是十分重要的。針對不同的水質(zhì)設計軟件有不同的設計邊界條件（設計報警值）。從RO/UF的滲透液(SDI〈1)，到井水（SDI〈3），到軟化地表水（SDI=3）到地表水（SDI〈5〉等，水質(zhì)逐漸變差，所以其邊界條件漸趨嚴格。

大型系統設計時(shí)系統回收率是用戶(hù)比較關(guān)心的一個(gè)重要參數，回收率設定太高，濃水側難溶鹽的濃度（濃水pH、LSI、離子強度、HCO3-、CO2、總堿度），也會(huì )相應增大，這些參數超過(guò)設計報警值時(shí)需要調節進(jìn)水PH值或進(jìn)水中加阻垢劑。

根據生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的反滲透膜元件的選用導則確定膜的類(lèi)型及數量，在確定了壓力容器的排列方式時(shí)，通常二段排列容器比為2：1，三段排列容器比為4：2：1。

一個(gè)設計模型的建立往往要經(jīng)過(guò)反復比較、修改才能完成，經(jīng)過(guò)多次調整設計參數，設計軟件將計算結果不斷地與邊界條件比較，直到各邊界條件均收斂，同時(shí)滿(mǎn)足各限制范圍要求，系統設計的理論模型才算建立完畢。

一個(gè)完整的設計計算結果包含九部分內容：1.文件頭信息；2.系統主要參數;3.各段具體參數;4.系統各部分離子濃度;5.系統設計報警;6.溶解度報警;7.結垢計算結果;8.段內詳細參數;9.法律說(shuō)明.判斷系統設計是否有問(wèn)題應首先查看系統設計和溶解度有沒(méi)有報警。

反滲透系統機架不宜設計太高，一般高度應控制在2米以下，以便于膜管及配套管閥的安裝、拆卸及維修。管閥布置應充分考慮操作、調節及維修方便，應盡量集中布置。

反滲透系統高壓管道通常采用不銹鋼，對于一般的苦咸水或自來(lái)水采用SS（SUS）304或1Cr18Ni9Ti(國產(chǎn))，水的流速>1.5m/s。低壓管道采用鋼襯膠、ABS、U-PVC均可。
每只膜管出水端應設置取樣閥，以方便監測單支膜管水質(zhì)，判斷膜的污染情況。

系統的運行狀況如流量、壓力、水質(zhì)必須實(shí)時(shí)監測和控制，有關(guān)儀表可分為測量?jì)x表和控制儀表。

在線(xiàn)測量?jì)x表包括：

1．流量?jì)x表：測定濃水和產(chǎn)水流量。

2．壓力儀表：測定保安過(guò)濾器進(jìn)出口壓力，反滲透組件進(jìn)出口壓力，高壓泵入口壓力，產(chǎn)水壓力。

3．水質(zhì)儀表：測定進(jìn)水SDI，進(jìn)水、產(chǎn)水電導率，進(jìn)水、產(chǎn)水PH，進(jìn)水余氯，進(jìn)水溫度。

控制儀表包括：

1．低壓開(kāi)關(guān)：置于高壓泵進(jìn)水端，以免高壓泵因缺水而損壞；

2．高壓開(kāi)關(guān)：置于反滲透膜進(jìn)水端，以免高壓造成膜元件損壞；

3．氧化還原反應（ＯＲＰ）儀：檢測進(jìn)水游離氯含量；

4．高溫開(kāi)關(guān)：進(jìn)水側裝置，以免水溫過(guò)高造成膜元件損壞；

5．電導率開(kāi)關(guān)：產(chǎn)水側設置，產(chǎn)水電導過(guò)高則排放，以保護下游設備；

6．高、低、PH值開(kāi)關(guān)；進(jìn)水側裝置，防止裝置結垢或膜水解。

還可根據實(shí)際情況增設其它測量和監測儀表。

控制系統

控制系統包括硬件系統和軟件系統。

硬件系統由現場(chǎng)過(guò)程儀表、液位開(kāi)關(guān)、電機控制裝置、可編程控制器、觸摸屏等組成。

軟件控制系統主要是根據反滲透系統運行要求進(jìn)行順序控制和聯(lián)鎖，對于自動(dòng)化程度較高的企業(yè)控制系統可與全廠(chǎng)DCS系統連接。

控制系統對高壓泵的控制一項主要內容是防止高壓泵啟動(dòng)、停止時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊。通常采用的方法是在高壓泵出口安裝電動(dòng)慢開(kāi)閥、高壓泵采用軟啟動(dòng)器或變頻器控制等方法，具體采用那一種控制方式，應根據高壓泵水的流量、壓力、功率等因素決定。

控制系統的另一項主要任務(wù)反滲透膜的定時(shí)沖洗，為防止反滲透系統運行一定時(shí)間后濃水側亞穩態(tài)的結垢物質(zhì)出現結垢，需定期以低壓、大流量的進(jìn)水對膜進(jìn)行沖洗，以保護反滲透膜。

軟件控制系統還會(huì )根據需要提供流程控制畫(huà)面、聲光報警、運行數據檢索、報表打印、自動(dòng)開(kāi)關(guān)機等功能。

清洗、沖洗系統

無(wú)論預處理如何徹底，反滲透經(jīng)過(guò)長(cháng)期使用后，膜表面仍會(huì )受到結垢的污染；因此，必須在反滲透系統中設計一套在線(xiàn)清洗（CIP）系統。

反滲透清洗系統作用是根據反滲透膜污染的情況，配制一定濃度的特定的清洗溶液，清除反滲透膜中的污染物質(zhì)，以恢復膜的原有特性。

總之，化肥企業(yè)大型反滲透系統的設計方案的選擇是多方面因素綜合考慮的結果，系統設計時(shí)既要考慮工藝的科學(xué)性、合理性、技術(shù)先進(jìn)性、也要考慮設備投資的性?xún)r(jià)比，以節約設備投資、降低產(chǎn)水成本；而且應根據企業(yè)現有的設備條件盡量合理改造現有預處理設備，減少占地面積，合理而已設備，以便操作維護。