大型化工裝置反滲透系統(tǒng)污染物判斷及運(yùn)行調(diào)整

劉向東

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)40萬t/a醋酸配套建設(shè)原水凈化及預(yù)脫鹽水站工程，原水水源取自礦井采煤排放涌水和部分生活污水。由于二期裝置實(shí)現(xiàn)長周期、高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行，除鹽水用量顯著增大，原設(shè)計(jì)的800m3/h反滲透處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，但反滲透系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，出現(xiàn)一段壓差明顯上漲、產(chǎn)水量急劇下降的情況，除鹽水供應(yīng)緊張，無法滿足后續(xù)裝置用水需求。

1 工藝流程

礦井涌水和部分生活污水經(jīng)收集后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，經(jīng)高密度沉淀池處理后進(jìn)入V型濾池，V型濾池產(chǎn)水提升至PCF過濾器，通過兩道過濾，進(jìn)一步去除有機(jī)物和SS，確保預(yù)處理出水達(dá)到膜系統(tǒng)進(jìn)水要求，減輕后續(xù)膜處理負(fù)擔(dān)。超濾作為反滲透的預(yù)處理，進(jìn)一步去除懸浮物、膠體、大分子有機(jī)物等，保護(hù)反滲透系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。超濾出水提升至保安過濾器，經(jīng)高壓泵加壓后進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。反滲透裝置在高壓的條件下，通過膜去除大部分溶解性固體、離子、有機(jī)物等，使出水滿足用戶要求。水處理工藝總流程見圖1。

圖1 水處理工藝總流程

2 膜裝置概況

2.1 超濾

超濾的主要作用是基本去除水中的懸浮物、顆粒、細(xì)菌、病毒以及部分膠體、大分子有機(jī)物，其出水SDI15小于3的指標(biāo)，為下游反滲透工藝提供最佳的水質(zhì)保證。此裝置超濾系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)置4套超濾，每套凈出力為286m3/h，系統(tǒng)運(yùn)行通量為55L/(m2·h)。

采用恒流運(yùn)行和反洗的工藝設(shè)計(jì)，即每套超濾設(shè)置1臺(tái)進(jìn)水自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)出水流量信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度，保證超濾產(chǎn)水量恒定，而超濾反洗則根據(jù)反洗流量信號(hào)、通過變頻器控制反洗泵頻率，從而達(dá)到超濾反洗流量恒定，可保證膜絲的過濾性能和可恢復(fù)性能，保證超濾裝置長期、穩(wěn)定運(yùn)行，延長超濾膜的壽命，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

2.2 反滲透

反滲透布置有單程式、循環(huán)式和多段式等多種。龍宇煤化工為充分節(jié)約水源，提高水回收率，結(jié)合單位除鹽水用量大、原水水質(zhì)鹽分高、原水要求回用率高(70%)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)過程選用了多段式系統(tǒng)，引進(jìn)(DOW)陶氏化學(xué)公司生產(chǎn)的反滲透膜，型號(hào)為抗污染性的BW30-365FR。裝置由4套獨(dú)立的反滲透系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和配套加藥系統(tǒng)構(gòu)成，每套反滲透裝置、保安過濾器、高壓泵一對(duì)一設(shè)置，高壓泵采用美國PENTAIR品牌原裝進(jìn)口離心泵。每套反滲透系統(tǒng)采用一級(jí)二段排列，單支膜面積34m2，系統(tǒng)脫鹽率>97%，每組反滲透膜315支，產(chǎn)水量為200m3/h，膜運(yùn)行通量20L/(m2·h)，回收率為70%。

3 反滲透裝置運(yùn)行狀況

反滲透系統(tǒng)自2012年開始投運(yùn)以來，反滲透運(yùn)行負(fù)荷低，反滲透基本運(yùn)行穩(wěn)定，僅需每年進(jìn)行一次維護(hù)性清洗。但2020年底，反滲透系統(tǒng)一段壓差出現(xiàn)上漲情況，為確保反滲透系統(tǒng)長周期、穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)可能影響到反滲透壓差上漲的因素進(jìn)行了全面排查。

3.1 污染物檢查

反滲透投加異噻和DBNPA類非氧化殺菌劑，保安過濾器內(nèi)部、濾芯及一段反滲透進(jìn)水端出現(xiàn)不同顏色污染物(亮黃色和粉色污染物)。

3.2 污染物分析

對(duì)取出的黃色污染物進(jìn)行 X 射線能譜熒光分析和有機(jī)物失重分析。污染物分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 污染物分析數(shù)據(jù)

(1)從分析數(shù)據(jù)可知，污染物有機(jī)物水分 95.5%，干基有機(jī)物含量 86.1%，干基有機(jī)碳12.2%。

(2)污染物放置一周后有少許臭味，沒有變色，判斷微生物不多，且從上述分析數(shù)據(jù)可知，污染物主要為有機(jī)物，無機(jī)物占少數(shù)。

3.3 污染物判斷

(1)通過SDI膜過濾超濾產(chǎn)水和反滲透高壓泵出口水，均能截留出大量白色污染物(見圖2)，經(jīng)成分分析為碳酸鈣。由此可推斷，超濾進(jìn)行堿洗時(shí)，部分堿洗清洗液泄漏進(jìn)入超濾產(chǎn)水池中。

圖2 SDI膜在超濾產(chǎn)水中過濾出的白色碳酸鈣粉末

(2)保安過濾器內(nèi)部、濾芯及一段反滲透進(jìn)水端出現(xiàn)黃色和粉色污染物(見圖3)，通過投加堿液和不同種類非氧化殺菌劑反應(yīng)，生成黃色和粉色物質(zhì)(見圖4)。

圖3 原非氧化殺菌劑(無色透明液體)

圖4 投加堿液后，生成黃紅色絮體

4 反滲透污堵解決方案

通過上述實(shí)驗(yàn)看到，反滲透污堵主要原因?yàn)榉茄趸瘹⒕鷦┖瓦€原劑、液堿反應(yīng)生成絮狀物，污堵保安過濾器和反滲透膜，現(xiàn)通過加藥方案調(diào)整和超濾化洗調(diào)整，避免了絮狀污染物的產(chǎn)生，確保了反滲透穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1 反滲透加藥方案調(diào)整

(1)次氯酸鈉投加泵運(yùn)行頻率在30%左右時(shí)，確保超濾產(chǎn)水余氯在0.3～0.5mg/L。

(2)調(diào)整還原劑投加泵頻率，確保反滲透進(jìn)水余氯為0。

(3)非氧化殺菌劑每天上午9點(diǎn)～上午11點(diǎn)投加，每天夜班6點(diǎn)停次氯酸鈉投加泵，8點(diǎn)停還原劑投加泵，待非氧化殺菌劑投加完成后，恢復(fù)次氯酸鈉和還原劑投加(通過時(shí)間間隔調(diào)整，避免非氧化殺菌劑、還原劑和次氯酸鈉相互之間的反應(yīng))。

(4)阻垢劑和鹽酸實(shí)現(xiàn)連續(xù)投加。

4.2 超濾化學(xué)清洗調(diào)整

(1)反滲透投加非氧化殺菌劑時(shí)，不對(duì)超濾進(jìn)行堿洗。

(2)在超濾化學(xué)清洗管道上增加手動(dòng)閥門，避免因氣動(dòng)蝶閥關(guān)不到位而造成內(nèi)漏。

5 結(jié)語

綜上所述，反滲透進(jìn)水投加非氧化殺菌劑與液堿和還原劑均能反應(yīng)生成絮狀物質(zhì)，這是引起反滲透裝置一段壓差增加的主要原因。

(1)通過反滲透加藥方案的調(diào)整，反滲透在投加非氧化殺菌劑時(shí)，避免與還原劑和液堿接觸。

(2)通過超濾化學(xué)清洗管道增加手動(dòng)閥，可有效避免因超濾堿洗液漏入超濾產(chǎn)水池而對(duì)超濾產(chǎn)水造成污染。