水處理再循環模型的建立與實踐

摘要：本文針對反滲透水處理系統非采暖期停止運行的現狀，回顧了幾種不同保養方案的選擇比較和嘗試，闡述了水處理再循環模型的建立思想及其意義，提出了切實可行的實施辦法，有效地解決了保養過程中出現的突出問題。實踐證明，水處理再循環模型的建立是經濟有效可行的。水處理再循環模型的建立解決了反滲透水處理系統長時間停用保養的難題。

關鍵詞：水處理;反滲透;停運保養;再循環

引言

2016年，按照公司發展需要，供汽系統停止發電，僅冬季采暖期運行。每年3月16日至11月15日停運保養。

反滲透水處理系統停機一周以上，就必須采取專門的膜保護措施，防止發生氧化、結垢和細菌滋生現象，避免出現膜的使用壽命縮短、產水通量下降、產水質量惡化等情況發生。

查資料顯示[1]，目前國內使用的膜保護方法有三種，一種是膜殼外保護，一種是膜殼內加藥保護，還有一種是間斷運行保護。

膜殼外保護需要解體系統，將單支膜清洗干凈后取出抽真空，需要特殊場地存放保管，使用前還要再次進行安裝，調試系統，工作量比較大，所以不予考慮。

膜殼內加藥保護需要2～3個月定期更換藥劑，每周定期監測PH值和溫度[2]。在連續運行結束后和開始前各進行一次膜的酸洗、堿洗。經過2016年的加藥保護實踐，發現使用該方法人員操作次數明顯減少，但需要定期換藥和系統沖洗，對保護藥劑參數變化的監測要求較高，每年還有藥劑成本，長期使用酸性的亞硫酸氫鈉（PH：3.1～5.5）對膜還有潛在的傷害。由于當時反滲透膜清洗系統還是軟管連接，對加藥和清洗的效果都有影響。

因此在2017年采用了間斷運行保護方式。在連續運行結束后和開始前各進行一次膜的酸洗、堿洗[3]。在間斷運行期間，每三天按照正常制水方式運行1次。經過2017年的間斷運行保護實踐，發現該運行方式人員操作頻率較高，對水的需求和浪費較大。8個月的間斷運行消耗了約8320噸水，水的成本約2.08萬元，并且間斷運行生產的除鹽水都排放掉了，沒有加以利用。

針對這幾年保養中出現的突出問題：（1）膜清洗系統存在缺陷;（2）用水量大;（3）除鹽水無法利用。經過不斷的理論研究，考慮系統的實際情況，本人提出并設計應用了水處理再循環模型，有效地解決了這幾個突出的問題。

1 水處理再循環模型的建立

1.1 設計思路

1.1.1 一級反滲透進水源

中間水箱是二級反滲透的進水源，設計考慮將除鹽水箱作為一級反滲透的進水源。這樣，兩套一級反滲透改為一套用工業水制水，一套用除鹽水制水，即充分利用了除鹽水箱的存水，解決了水源的問題，又能節約一半的用水量。

1.1.2 一級濃水回用

二級濃水現在基本上都做到了回用，設計考慮將用除鹽水運行時的一級反滲透的濃水也回用。該水水質優于工業水。

通常一級濃水排放管道是直排地溝，因此設計使用固定硬質管道與清洗水箱連接，將一級濃水回流至清洗水箱。將一級反滲透洗膜進水管道作為一級濃水回用進水管道。

1.2 可行性分析

1.2.1 流量平衡

除鹽水箱進水水量：30 m3/h×2=60 m3/h;

除鹽水箱出水水量（即一級反滲透進水水量）：51 m3/h +15 m3/h=65 m3/h;

由此可見，系統運行后，除鹽水箱進出水量基本達到平衡。

1.2.2 管道改造可行性

（1）一級反滲透前端安裝有隔斷閥門，可實現生水隔斷功能;

（2）除鹽水箱有一閑置閥門，可以作為出水口;

（3）除鹽水箱與一級反滲透距離合適，可以安裝連接管道;

（4）在除鹽水箱與一級反滲透之間安裝一個隔斷閥門，可實現生水與除鹽水箱的隔離切換，并防止串水;

（5）現場空間適合反滲透膜清洗固定管道的布置安裝。

1.3 水處理再循環模型

綜合以上設計與分析，確定水處理再循環模型包括除鹽水再循環和一級濃水回用兩部分。設計示意圖見圖一。

1.4 模型的建立

2018年3月，完成了水處理再循環改造施工方案。8月份完成施工改造。管材選用公稱壓力為1.6MPa的UPVC管。主要改造了三個部分。

1.4.1 更換保安過濾器

拆除雙備管卡式保安過濾器，安裝法蘭式保安過濾器。提高安全性和可靠性。

1.4.2 改造膜清洗管道

（1）改造了二級反滲透膜清洗進水管道;由軟管改造為UPVC硬管連接，增加了可靠性;

（2）改造了一級、二級反滲透的清洗濃水、純水的進水、回水管道;由軟管改造為UPVC硬管連接，增加了可靠性，實現了一級濃水的回用，實現了清洗水箱清洗時快速制備除鹽水的功能;增加了沖洗濃水、純水排放通道和閥門;

膜清洗管道改造后，提高了連續洗膜時的安全性、可靠性和穩定性，壓力等級比軟管有了較大提高，實現了連續洗膜;實現了一級濃水的連續循環。

1.4.3 增加除鹽水箱與一級反滲透間的進水連接管道

如圖一所示再循環管道，用DN100和DN150管道連通除鹽水箱和一級反滲透，增加了兩個DN100的蝶閥，實現了工業水與除鹽水切換與隔斷的功能。

2 水處理再循環模型的運行實踐

經過2019年和2020年兩年的運行實踐，水處理再循環模型取得了明顯的成果。

2.1 完善了膜清洗系統

軟管連接由于壓力受限，軟管容易變形擺動，清洗時必須有人值守，根據壓力波動不斷操作，防止軟管脫落酸液、堿液外流，只能間斷清洗，清洗效果不是很理想。

改造后壓力等級提高到1.6MPa，實現了連續清洗，不需要人員值守，實現了快速向清洗水箱制取除鹽水配備藥劑，實現了清洗后快速抽排清洗水箱內的藥劑，實現了沖洗快捷排放，不用再每次拆裝軟管。改造后縮短了整個清洗時間，原來進行一個清洗操作（如一級酸洗）需要連續12個小時，現在只需要6.5個小時，減輕了工作強度和工作量。實現連續清洗后，清洗效果明顯。

目前，水處理崗位規范了《反滲透洗膜標準操作票》，完善了洗膜操作，操作人員只需要按照操作票操作閥門即可完成反滲透膜的清洗。

2.2 節約了工業用水

改造前保養運行兩套一級反滲透，用水量為140 m3/h（70 m3/h×2），改造后只有一套一級反滲透用工業水運行，用水量為70 m3/h，節水50%。保養運行期間二級濃水和另一套一級濃水是與工業水合并回用到一級反滲透進水，工業用水量小于70 m3/h，節水大于50%。

據2019年用水量統計，節水約4760噸，節約水費約1.19萬元。

2.3 利用了除鹽水箱內的二級純水

改造后除鹽水箱內的二級純水經過再循環管道實現了再循環，得到了充分的利用。這部分水量約在4000噸左右。

2.4 實現了用除鹽水浸泡反滲透膜

按3天間斷運行保養方式，系統不運行時反滲透膜應用水浸泡在膜殼內密封保存。工業水內含鈣、鎂等各種離子，溶解有氧氣，有微量微生物，時間長容易在膜上出現垢層，對膜產生輕微氧腐蝕，滋生菌藻。用除鹽水浸泡能很好地消除以上隱患。

2.5 消除了對90#泵房水泵運行的影響

兩套一級反滲透同時運行時，因啟動時突然產生大量出水，工業水管道會產生明顯壓降，影響90#泵房水泵運行壓力。為此車間在2018年8月專門下發了《非采暖期反滲透系統較大負荷用水工作管理流程》，對同時啟動兩套反滲透時的操作與協調作了明確規定。

改造后只需要運行一套一級反滲透系統，啟動時壓降不明顯，消除了對90#水泵運行的影響，保證了工業管網的穩定運行。

2.6 增強了鍋爐連續運行的保障能力

2019年1月25日，鍋爐給水硬度出現超標，達到7.0μmol/L（標準≤3.0μmol/L）。經過系統分析后判斷，因反滲透膜已到使用壽命，性能開始下降，導致脫鹽率下降，給水水質不合格。按要求，為防止鍋爐結垢，應停止鍋爐運行，更換反滲透膜，待水質合格后再啟爐運行。

但是反滲透膜的采購與更換需要一定的周期;鍋爐停止運行后將會影響職工的供暖。由于2018年已經完成了再循環系統的改造。于是決定啟動一套一級反滲透系統進入再循環模式。再循環運行相當于將除鹽水箱內的二級水作為進水重新進行了過濾，改善了整個水質。

此后的連續監測證明，鍋爐給水硬度始終在合格范圍內，保障了整個采暖期的鍋爐運行。鍋爐停爐后的汽包內部檢查也沒有發現白色結垢現象，效果明顯，對鍋爐運行起到了很好的保障作用。

3 結語

通過運行實踐，證明水處理再循環模型的建立是可行的。

水處理再循環模型的建立，解決了反滲透膜的清洗問題，實現了連續清洗，縮短了清洗時間，降低了工作強度;節約了大量工業用水;消除了非采暖期對泵房水泵運行的影響;提高了8個月反滲透膜的保養效果;增強了鍋爐連續運行的保障能力。

參考文獻：

[1] 陶氏化學水處理事業部，反滲透和納濾膜元件產品與技術手冊，2008版，126，235，238。

[2] 馮逸仙，楊世純編著，反滲透水處理工程。北京：中國電力出版社，2000，17。

[3] 竇照英，張烽，徐平編著，反滲透水處理技術應用問答。北京：化學工業出版社，2003，2。

作者簡介：劉瑞廉（1976—），男，河南新鄭人，漢族，大學本科，工程師，研究方向：水處理與化學分析。

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