雙膜法制軟水工藝的應用

侍繼軍 陳 宇 陳冬梅 馬亞娟

(江蘇和友化工有限公司 江蘇宿遷223809)

0 前言

在合成氨生產過程中，根據工藝要求需對原水進行軟化處理。江蘇和友化工有限公司原采用陰陽離子交換樹脂工藝制軟水。該工藝存在制水周期短、樹脂抗污染能力差及再生排污水化學需氧量(COD)高等問題。為此，投資2 000萬元新增3套雙膜法制軟水系統，每套系統產水約100 t/h，減少了對環境的污染和減輕了對設備的腐蝕，取得了良好的經濟效益和社會效益。

1 工藝流程

雙膜法制軟水工藝以雙膜法為核心，采用石英砂過濾器作預處理器，其工藝流程見圖1。原水池中的原水經原水泵進入石英砂過濾器除去水中的懸浮雜質以及部分有機物、膠體；過濾出的水經超濾供水泵進入自清洗過濾器，除去細小的顆粒并攔截過濾器的微小濾料，然后進入超濾系統，除去膠體、懸浮物、病菌等物質后進入超濾產水箱中；經一級反滲透(RO)供水泵送入一級保安過濾器后由一級高壓泵送入一級反滲透膜組中，經過反滲透處理后產生的水經過除碳器送入一級RO產水箱；之后，通過二級RO供水泵送入二級保安過濾器進一步過濾，然后由二級高壓泵進入二級反滲透膜組，經處理后送入除鹽水箱供各工段使用。

圖1 雙膜法制軟水工藝流程

2.1 預處理

采用石英砂過濾器，選用吸附力強、質輕的石英砂作為濾料，利用其吸附的特性，除去水中的膠體、懸浮物等雜質。該過濾器由本體進水裝置、集水裝置、外配管、儀表以及取樣裝置等組成。進水裝置為上進水、噴淋布水，集水裝置為多孔板濾水帽集水或穹形多孔板加承托層結構，具有獨特的均勻布水方式使其具有過濾性能穩定、運行周期較長(一般24 h反洗1次)等特點。該系統并聯使用6臺Φ3 200 mm的石英砂過濾器，設計濾速為10 m/h，每臺處理量為80 m3/h。

2.2 自清洗過濾器

為防止原水中較大的機械類雜質進入超濾系統而對濾膜造成損壞，在過濾器產水進入膜系統前，設置2臺CNAF-FT10型自清洗過濾器，濾網材質為316L，單臺流量450 m3/h，過濾精度(最小粒度)100 μm，自清洗時間10～60 s。待處理的原水由入水口進入機體，水中雜質沉積在自清洗過濾器的不銹鋼濾網上，由此產生壓差。通過壓差開關監測進、出口水壓差變化，當壓差達到設定值時，電控器給水力控制閥驅動電機信號引發以下動作：電動機帶動刷子旋轉，對濾芯進行清洗，同時打開控制閥進行排污，整個清洗過程只持續數十秒。清洗過程結束時，關閉控制閥，電機停止轉動，系統恢復至初始狀態，開始進入下一個過濾工序。 此外，還可通過控制時間調整清洗頻率。

2.3 超濾膜

該系統的膜絲內徑為Ф 0.8 mm、有效膜面積為35 m2的親水性聚醚砜超濾膜。超濾組件殼體所能承受的最大工作壓力是0.4 MPa，超濾組件的反洗水壓力 ≤0.15 MPa。以中空纖維膜為過濾中心處理單元，采用錯流過濾模式，使水的流向平行于濾膜表面，在濾膜表面可形成較大的剪切力，使膜污染物始終處于懸浮狀態，降低了濃差極化帶來的影響，減少了微粒和溶質在膜面的堆積，減輕了膜污染，實現了超濾裝置的連續運作。

2.4 保安過濾器

該系統反滲透裝置設置成單元制，故1套反滲透裝置采用1臺可更換卡式濾棒的保安過濾器，產水量為160 m3/h，內置大流量濾芯6支，過濾精度5 μm。

2.5 反滲透系統

該系統反滲透膜組為二級設計，每級均按兩段設計，一級使用玻璃鋼壓力容器26支/套，按18∶8排列，膜元件156支/套，設計回收率70%～75%。二級使用玻璃鋼壓力容器54支/套，按12∶6排列，膜元件108支/套。

3 存在問題及解決措施

3.1 產水量降低

在該系統設備調試階段，由于操作人員對設備不熟悉及高壓泵入口水壓低，導致反滲透壓力低，造成產水量降低。解決措施：加強員工培訓，高壓泵入口水壓最低限設為0.1 MPa，反滲透壓力低于0.1 MPa 時，應通過調節高壓水泵電機頻率提高反滲透壓力，以增加產水量。

3.2 供水不足

反滲透膜產水電導率對進水水溫的變化十分敏感，隨著水溫的下降，水通量呈線性減少。進水水溫每下降1 ℃，產水量降低2.5%～3.0%；進入秋冬季以來，每套系統產水量約70 t/h。解決措施：在原水池前增設1臺板式換熱器，通過加熱保證水溫在20～25 ℃。改進后，每套系統產水量提高至90 t/h。

3.3 清洗效果不好

系統運行一段時間后，反滲透膜元件受到給水中的懸浮物或難溶鹽的污染，原采用國產清洗劑(價格約1萬元/t)進行清洗，但效果不好。為此，采用進口清洗劑(價格約6萬元/t)后，清洗效果令人滿意。

4 運行結果

該系統自投運以來，運行穩定，出水質量遠高于陰陽離子交換樹脂工藝系統所產的軟水。改進前、后系統有關數據見表1。

表1 改進前、后系統有關數據

項 目改進前改進后軟水電導率/(μS·cm-1)151軟水中Cl-質量分數/(×10-6)5.00.9再生污水中COD質量濃度/( mg·L-1)721.023.6

該系統所產軟水一部分用于產蒸汽，采用雙膜法工藝后，軟水質量提高，蒸汽質量也提高。據統計，采用陰陽離子交換樹脂法所產軟水的成本約9.5元/t，采用雙膜法所制軟水成本約4.5元/t。按每套設備平均100 t/h產水量(除去檢修5 d)、全年運行時間360 d計，全年可節約1 300萬元，約2年即可收回投資。采用雙膜法制取軟水減少了排污水中COD量，減少了對環境的污染和減輕了對設備的腐蝕，還延長了催化劑的使用壽命。