微污染地表水制備除鹽水工程分析

梁永祥

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

除鹽水作為工業企業中重要的公用物料而被廣泛應用，利用自然水源，經過預處理及除鹽處理來制備除鹽水，是其生產制備的主要手段；在諸多除鹽水制備工藝方案流程中，超濾、反滲透預處理及預除鹽工藝技術，隨著其不斷成熟及膜產品價格逐步降低，而得到越來越多的應用；在此工藝的應用過程中針對不同水質條件，采用不同的預處理工藝，對于后續的超濾、反滲透裝置的持續穩定運行起到了關鍵作用。本文就含藻類及細菌的微污染地表水制備除鹽水的工藝流程及實際運行情況，做了針對性的分析，以期對類似水質及制備工藝提供借鑒作用。

1 工程概況

在印尼某化工項目中，采用廠區附近河流地表水作為生產水源，同時利用此生產水來制備除鹽水；除鹽水設計制備能力為50m3/h，主要供項目鍋爐產蒸汽及硫酸裝置用水。

生產原水水質如下(業主提供)：TDS≤220mg/L；濁度為10NTU；SS為4mg/L；溫度為32℃；CODcr為25mg/L。

除鹽水水質要求如下：電導率≤0.2μs/cm；SiO2≤20μg/L。

2 工藝流程及說明

本項目除鹽水制備采用的工藝流程如下：生產原水→多介質過濾器→濾后水箱→超濾→超濾產水箱→保安過濾器→反滲透→脫碳器→淡水池→混合離子交換器→除鹽水箱→外送用戶。

生產原水先經過多介質過濾器去除水中的顆粒性雜質、膠體等物質，降低水的濁度；經過多介質過濾預處理后的生產水，再進入超濾進一步去除水中的細微雜質及部分有機物質，出水進入超濾水箱。超濾裝置的濾后水經反滲透給水泵提升進入管道混合器，與酸投加裝置送來的酸、阻垢劑投加裝置送來的阻垢劑、還原劑投加裝置送來的還原劑進行混合反應，以調整pH值、還原多余的氧化劑及進行阻垢穩定處理。

與藥劑充分混合后的超濾產水進入保安過濾器，除去直徑5μm及以上顆粒，出水經高壓泵注入反滲透預除鹽裝置去除水中的離子，反滲透出水自流進入脫碳器，去除水中的CO2后進入淡水池，再由淡水泵提升至混合離子交換器，進一步除去水中剩余的離子，處理后滿足水質要求的除鹽水進入除鹽水箱，再由除鹽水泵送至用戶使用。

生產過程中需對超濾和反滲透設備進行維護、清洗，同時設置化學清洗裝置、酸投加裝置、堿投加裝置、氧化劑投加裝置及非氧化性殺菌劑投加裝置，對超濾和反滲透設備進行清洗，以保持膜的正常運行。

3 主要處理單元及設計參數

3.1 預處理單元

(1)多介質過濾器處理能力為80m3/h；采用石英砂/無煙煤雙濾料過濾器，出水濁度小于3NTU，采用壓差反洗。

(2)超濾裝置1套，設計處理能力76m3/h，設計產水能力68 m3/h，裝置產水回收率≥90%；截留大分子有機物及SS。

3.2 除鹽水制備單元

(1)保安過濾器1套，設計處理能力為68m3/h，過濾精度5μm。

(2)反滲透裝置1套，設計處理能力為68m3/h，設計產水能力為51m3/h，采用一級二段反滲透裝置，裝置淡水回收率≥75%[1]；一段回收率為50%、二段回收率為50%，總脫鹽率≥97%(25℃，運行3年內)[1]。

(3)脫碳器1套，設計處理能力51m3/h。

(4)混合離子交換器2臺，1用1備，單臺設計產水能力51m3/h。

4 實際運行效果及問題處理

項目在最初開車運行的1個多月內，各項指標正常，反滲透出水電導率≤10μs/cm，除鹽水出水電導率≤0.1μs/cm，滿足設計要求。反滲透出水電導率及混床出水電導率見圖1。

圖1 反滲透出水電導率及混床出水電導率

但運行1個多月后，開始出現如下問題：反滲透出水電導率和跨膜壓差超標，產水率下降。具體表現為反滲透一段、二段混合產水電導率超過20μs/cm，其中二段產水電導率超過90μs/cm，且一段膜進出口壓差達到0.3MPa，淡水產水率下降到70%(設計為75%)；此外，由于業主的操作人員對系統運行、操作不熟練，沒有及時投加還原劑，導致反滲透進水的氧化還原電位(ORP)持續達150～200mV(見圖2)。按照相關反滲透膜產品技術手冊要求，反滲透進水氧化還原電位(ORP)應維持不超過100mV。

圖2 反滲透進水ORP值及超濾反洗排水

4.1 最初的解決方案

本著強化預處理的思路，增加超濾的酸、堿及氧化型殺菌劑(次氯酸鈉)的清洗頻率，基本上每隔半小時，在正常的水、氣反洗過程中，就需要加酸、加堿及加次氯酸鈉清洗；雖然經此處理，后續除鹽水系統運行有所改善，但經過約半個月運行后，除鹽系統上述各項指標又出現超標現象。

其次，對反滲透系統進行化學清洗，每次化學清洗后，系統各項指標恢復正常，但運行1個月后，除鹽系統會再次出現跨膜壓差超標及產水率下降的現象。按照相關反滲透膜產品技術手冊要求，反滲透系統的化學清洗頻率約為每半年1次，由此可見，上述項目的清洗頻率遠超此手冊要求，將對反滲透膜的正常使用壽命造成嚴重影響。

基于上述現象，現場決定停機檢查，通過檢查反滲透膜及保安過濾器濾芯，發現膜及濾芯表面有大量黏稠物，此黏稠物堵塞膜孔，造成跨膜壓差增大，產水率下降，經進一步化驗，分析其主要組成為細菌。

同時，結合此前運行過程中超濾反洗排水顏色(見圖2，主要呈淺黃綠色)及當地的常年高溫環境分析：當試車、開車期間運行不連續，在水箱及管道系統等生產水貯存和輸送環節中，因高溫環境滋生了藻類及細菌，從而導致一定程度的繁殖，進而影響了除鹽系統的正常運行。

當初設計時，業主提供的生產原水水質中只有COD值，沒有藻類物質及細菌的分析數據，雖然超濾可以去除細菌及藻類物質，但也不是100%的完全去除，且截留后的黏性污染物附著在超濾膜外表面，不但影響超濾的正常運行，同時也增加了超濾加酸堿清洗頻率，且效果也不能持久；此外，反滲透膜系統1月進行1次化學清洗的頻率也遠超了其產品及技術要求，同時頻繁地化學清洗也會造成反滲透膜使用壽命的降低；故此前的解決方案均不是長久之計，需要重新考慮。

4.2 后續解決方案

(1)在生產原水進入多介質過濾器之前的管道上增加NaClO投加系統，預氧化、殺菌后再進入多介質過濾器，以減輕后續超濾及反滲透裝置的膜污染壓力。

(2)持續投加還原劑，以保證反滲透系統進水氧化還原電位不超過100mV，保護反滲透膜的使用壽命，同時增加反滲透系統非氧化性殺菌的投加頻率及用量。

(3)向業主反復重申除鹽水站的操作流程及注意事項，提高操作、維護及管理水平。

(4)建議業主在工廠大修期間，在原設計的多介質過濾器之后，增加活性炭過濾器，這樣效果會更好一些。

上述現場解決方案實施后，除鹽水系統運行比較正常，各項指標也基本恢復。

5 結語

在地表水制備除鹽水工藝系統設計時，應盡可能收集較為全面的水質分析資料和數據，并進行充分的分析、判斷，為選擇合適的預處理工藝提供有力的支撐條件，同時也關系到整個除鹽系統的方案選擇及配置，尤其是實際工程設計中不太關注的微污染物質因素的存在，可能會導致整個除鹽系統不能夠長期、穩定運行。基于此，針對微污染地表水制備除鹽水，采取氧化殺菌、活性炭吸附等預處理手段尤為必要。