关于双膜法的探讨
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摘 要：双膜法可根据进水水质和系统脱盐水需求量及时调整工艺，稳定超滤进水水质达标。由于减少了水中的溶解固形物，可直接延长反渗透的运行周期，减少超滤反渗透的浓水排放量和正反洗频次，降低系统水耗的同时延长设备配件的使用寿命。以下会分析讨论超滤反渗透单元产水能力小，使用寿命短的原因，并针对先进的双膜法水处理工艺提出了可行的优化方案。
关键词：超滤 反渗透 脱盐水 双膜法
中图分类号：P747文献标识码： A
一、系统运行情况
1.当前工艺的流程及概况
1.1 脱盐水站的工艺流程
陕焦脱盐水站采用浙江四通双膜过滤技术，以新区水厂初步处理的地表水为水源，经叠片过滤器除去100um以上的微粒，进入程控超滤脱除5um以上的杂质，产水进入超滤水箱，经超滤水泵输送至活性炭过滤器除去细菌和余氯，然后经保安过滤器进入高压泵和反渗透，高压泵将反渗透装置进水压力提至1.5MPa，反渗透采用21的布置方式，反渗透产水经脱碳塔脱除CO2进入中间水箱，中间水箱的软化水经中间水泵输往混床脱除软水中的离子，控制出水电导≤20um/s。为保证水的利用率还自带了一组浓水反渗透装置，即以三套反渗透的浓水为进水生产超滤水，回收率≥75%。系统设计小时产水量为210m3，原水利用率大于75%。
1.2 新区水厂的工艺流程
新区厂以桃渠坡水库的水为水源，经投加絮凝剂、ClO2杀菌剂及管道混合器混合后进入反应沉降池，进行充分的反应，反应后的水经池底连同管道进入斜管沉降池除去大颗粒及胶体，多余的水溢流至沉降砂滤池，控制出水浊度小于1NTU，产水进入蓄水池，经管道泵输至各个生活用水区，其中一路进入我厂2000m3×2的蓄水池。
2.存在问题
2.1主要设备运行寿命达不到设计寿命
脱盐水运行两年，系统的主要设备叠片过滤器、程控超滤、浓水反渗透、离子交换树脂均更换一次，保安过滤器滤芯使用两月需更换；活性炭过滤器填料使用不足十个月出水污染指数在运行25h后就涨至5.0NTU以上，远达不到超滤系统处理水浊度
2.2无法达到设计负荷，影响甲醇系统生产
脱盐水系统设计小时产水量为210m3，但实际运行最高产水量进170m3/h，接近设计值的80%。而且在超滤膜阻力大时或反渗透进水压力过高时，产量只能达到150m3/h左右，只能减少甲醇系统各汽包排污，甚至停运一些小软水用户；
3.脱盐水需求量进一步增加
新增项目合成氨投产在即，小时耗水量为20m3，夏季所有蒸发式空冷器耗水量增加的20m3/h，脱盐水产水能力将不能满足生产负荷要求。
4.脱盐水中的胶体硅无法得到有效的脱除，造成锅炉补水中活性硅超标严重
脱盐水中硅含量一直控制在50ug/L以内，经过预热器预热后作为为锅炉补水，但炉水中的硅含量大于800ug/L，造成炉水中的二氧化硅含量超标严重，导致新建流化床锅炉高温过热器仅投运两年就因泄露严重而更换。脱盐水中二氧化硅含量的已经应成为影响锅炉安全运行的主要因素。
二、影响系统产水的原因分析
1.源水水质分析
桃渠坡水库的水属于地表水，水质受季节影响严重，近年来用户剧增，特别是新区工业园区和电厂的加入，造成处理效果很有限。春夏换季时，水中藻类和菌类突增，虽经水厂处理，但出水余氯很小，至陕焦原水池管线漫长，藻类和菌类大量繁殖，致使杂质穿透叠片过滤器，污堵程控超滤，限制系统产水能力，再者受连阴雨影响新区水厂通常暂停工业供水，影响生产系统；在秋冬换季时，水库受雨季影响，水中的机械杂质、溶解固形物和盐浓度大幅增长，杂质负荷仍然集中叠盘过滤器和超滤上，导致叠片和超滤膜结垢严重，反渗透装置也只能通过加大浓水量和药洗频次才能保证后系统的用水负荷，特别是浓水反渗透。2013年7月大雨反渗透进水电导从600um/cm上涨至1160um/cm左右，三组反渗透出水电导分别从7.5um/cm，2.3 um/cm，5.6 um/cm，上升至30 um/cm，9 um/cm，26 um/cm，左右；水质恶化持续20h，导致混床使用周期减少6天，反渗透阻力明显上涨0.2公斤。
2.系统问题的分析
分析超滤膜药洗后的反洗正洗水质，在春夏换季时正洗残余物主要是大量污泥和菌类，为滤饼；反洗残余物主要是透明絮状胶体和少量污泥，为凝胶层，主要是由细菌分泌物和水质大分子协同作用产生，说明春季膜阻力主要由菌类造成；秋季梅雨期，超滤正洗残留物为微粒污泥，反洗残留物只要为大量絮状物和少量污泥，说明雨季膜阻力增加的主要原因是凝胶层引起，复合膜随着这些杂质的累积产水量逐渐减少，与此同时跨膜压差增大，为防止膜丝涨裂不得不清洗。本系统只在叠片过滤器进水前1.5m出设有一套杀菌剂加药装置，药剂没有反应充分就进入超滤，检测超滤出水余氯不足0.3mg/L，说明加药量不足而且反应不充分，然而超滤对细菌的有很好的截留能力，所以几乎所有细菌及其分泌物全截留在超滤膜表面，导致阻力上升。
胶体硅不能直接通过仪器分析出来，除盐水中的胶体硅一旦进入锅炉，在高温高压的作用下，会转化为活性硅，在锅炉和蒸汽系统形成硅垢。经测定，澄清池除去胶体硅的效率可达50%～80%，过滤除硅能力达10%～20%，混床除硅都不到5%。由于胶体硅粒径约10-6～10-5mm，表面常有负电的胶粒存在，自然沉降速度十分缓慢，每分钟只有10埃，靠自然沉降除去胶体硅是不可能的。为降低胶体硅的吸附层和水溶液间的点位差，加入一定量的带正电荷的混凝剂胶体如Al（OH）3、Fe（OH）3，与胶体硅异电相吸，聚凝成大颗粒，籍其重量由沉淀而除去。反渗透膜性能下降的主要原因是由于膜表面受到了污染。如表面结垢，膜面堵塞；或是膜本身的物理化学变化引起的。物理变化主要是由于压实效应引起膜透水率下降；化学变化主要是由于PH至的波动而引起的。反渗透膜污染堵塞的主要原因是由于膜面沉积和微生物的滋长而引起的。其中微生物不仅堵塞膜，还对醋酸纤维素有侵蚀损害作用。
三、优化方法
1.优化思路
陕焦新鲜水泵供全厂生产生活用水，所以改造只能集中在进工序支管上。加药可以降低可溶性杂质，过滤器除去悬浮物，特别是细菌及其分泌物。膜过滤的优点是随着阻力的增加产水水质会越来越好，并且能脱除胶体和部分大分子，但产水量大幅下降，所以对细菌污泥含量高的地表水很难发挥很高的效率，传统的机械过滤对水中的污泥细菌的吸附脱除能力很强，但对大分子胶体处理很有限，而且随着阻力的增加产水水质不断恶化。本次将采用机械过滤做膜过滤的前期处理工序，以保证系统高效运行。
2.优化方案
在进入叠片过滤器前依次增加三套加药装置，一台管道混合器和三台双介质过滤器做粗处理；加药装置投加混凝剂、助凝剂、一次氧化剂，管道混合器保证在短距离的管道中使药剂充分反应混合。改造目的减轻超滤和反渗透的运行负荷，所以双介质过滤器的滤速可选10～15m/s。
3.新增设备要求及特点
静态混合器也称管道混合器，无需动力消耗，可与进水管径DN250一致，由于流程短加此设备可保证药剂的充分反应。双介质过滤器，内装无烟煤和石英砂，单台小时处理量为100～120m3，直径3400mm～3500mm， 内部衬胶厚度≥5mm，三台设备自带气动切换阀、手动阀、附属管线、配套控制箱、滤料、内部配件，正常运行时主要减轻预处理藻类污泥的负荷，达到叠片过滤器的进水要求，用浓水反洗再生。加药装置采用500L的PE桶，配两台25L/h机械计量泵、搅拌器和操作面板，加药稳定，使用周期长。
四、结论
这次研究分析了地表水软化时采用膜过滤的问题，并提出采用传统机械过滤工艺做膜过滤前期处理的观点。虽然增加了投资，但能充分发挥膜过滤的优势，降低运行成本，达到提质降耗的目的。
参考文献:
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[3] 王征传.脱盐水制备系统中膜元件的影响因素和应对措施.2010全国水处理技术研讨会论文集.