离子交换法和全膜法技术应用比较

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[摘 要]本文通过工艺、运行、成本等方面进行了离子交换法和全膜法技术的应用比较，主要介绍了水处理工艺中使用的全膜法装置的基本原理、优缺点及与离子交换法的比较，并指出了全膜法技术在发电行业化学水处理系统中的应用是可行的。

[关键词]离子交换 超滤 反渗透 电渗析 应用

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0366-02

1 前言

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|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。

在70年到80年代末离子交换法在我国除盐水处理领域得到广泛应用，其在使用中具有预处理要求简单、工艺成熟，出水水质稳定、设备初期投入低，应用区域运行成本较低的优点。从80年末开始，膜法水处理在我国得到了广泛应用，全膜法工艺就是除盐处理工艺的膜法水处理工艺之一，其在应用过程中具有技术先进、稳定、有效的优点，尤其是与传统的水处理技术相比，膜技术具有工艺简单、操作方便、劳动强度低、易于自动控制、不需酸碱再生、彻底取消了再生酸碱储运和再生设施、无再生污染产生、工艺过程洁净、不需污水处理设施、水的回收率高、可进入系统再利用、运行成本低等优点。

2 工艺比较

2.1 离子交换法

1）离子交换处理工艺流程：

河水泵站5000m3原水池原水泵水力循环澄清池无阀滤池1000m3清水池工业水泵机械过滤器阳离子交换器脱二氧化碳塔中间水箱中间水泵弱阴离子交换器强阴离子交换器除盐水箱除盐泵锅炉用水

2）流程简介：

河水经厂外补给水泵送入厂区5000m3水池再经水泵进入水力循环澄清池及无阀滤池进行预处理直流入1000m3清水池，再通过工业水泵经双层机械过滤器送水至阳床上部，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的水进入中间水箱，中间水泵将水送入弱阴床及强阴床，在床中与弱碱及强碱阴树脂接触，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。经一级除盐后的水经除盐泵送至锅炉。

交换过程中，阳床、阴床因交换剂饱和而失效，这时由再生系统对阳床、阴床进行再生。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：

水力循环澄清池

河水经水力循环澄清池经混凝沉淀将浊度降低至5NTU。

无阀滤池：

澄清池出水经无阀滤池将浊度进一步降低至5NTU以下。

机械过滤器

从清水箱来水经机械过滤器将浊度进一步降低至2NTU以下，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。

弱阴床

弱阴床的作用是减少对强碱阴树脂的污染。

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

废水处理

中和池：阳床、弱阴床、阴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。中和池起到收集废水、调节废水、中和废水的作用。

再生系统

酸、碱贮槽、再生泵、转子流量计及喷射器共同完成再生过程供液、计量的作用。

2.2 全膜法

1）全膜法工艺流程：

河水泵站5000m3原水池原水泵水力循环澄清池无阀滤池1000m3清水池工业水泵多介质过滤器活性炭过器超滤保安过滤器一级反渗透反渗透后的预脱盐水箱升压泵脱碳器EDI升压泵EDI模块出水

2）流程简介

河水经澄清池及无阀滤池处理后由工业水泵送到多介质过滤器降低浊度，在活性炭过器中降低COD，胶体及有机大分子的含量。活性炭出水再送至超滤及保安过滤器进行最后的预处理，使原水SDI

3）流程单元说明：

预处理

全膜法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。

换热器：

由于反渗透装置产水量随水温变化较大（一般温度每变化一度，反渗透膜元件产水量变化2.5%），因而为保证冬季系统供水量，本工艺配置一台换热器。

多介质过滤器：

多介质过滤器，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。

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）

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3～4mg/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10μm，内层精度为3～5μm。

超滤（UF）

超滤是一种以膜两侧压差为驱动力的机械筛分膜分离技术，采用中空纤维膜的操作形式，可有效去除水中的悬浮物、胶体微粒、细菌和大部分病毒等杂质，确保反渗透等设备的安、稳、长、满、优运行。

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。经反渗透处理的产品水可达到电导率

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

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除碳器：

由于反渗透对二氧化碳等气体去除率低，所以在RO的产品水送到脱碳器是必要的，这样可大大提高EDI的使用周期。

精除盐

EDI（电去离子）：

EDI属于连续运行设备，不存在运行周期问题，系统出水电阻率达到14-15MΩ/cm（相当于0.06-0.07μS/cm）而且水质稳定.EDI采用电再生与制水同步进行，不使用酸碱再生，也就减免了这部分费用和污染物的排放。

3、经济运行比较（以河水为原水，生产200m3/h除盐水（5MΩ.cm）为例）

1）设备投资（表1）

2）工艺酸碱、酸耗量：（表2）

结论

比较离子交换制水系统，全膜法工艺具有以下优点：

1、有效提升了出水水质，完全能满足中温中压锅炉的补给水水质的要求。出水水质控制指标为：电导率

2、采用膜法工艺，河水电导不再成为使用的瓶颈。

3、全膜法工艺可连续稳定生产超纯水，无需备用，产水水质稳定。

4、全膜法工艺不需酸、碱再生，彻底取消了再生酸碱储运和再生设施；

5、全膜法工无再生废水产生，工艺过程洁净，不需污水处理设施；

6、全膜法工艺由于取消了酸碱再生系统和污水处理系统，具有结构紧凑的优点；

7、全膜法工艺设备自动化程度高，运行操作简单，劳动强度低。

参考文献

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