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除盐水处理工艺
除盐水处理工艺
除盐水处理工艺介绍
1 前言
目前除盐水处理工艺主要有蒸馏法、离子交换法及膜分离法等,除盐水处理工艺是根据不同的入水水质和出水要求而设计的,针对不同的原水水质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。
本文就除盐水处理工艺(离子交换法和RO膜分离法)对比介绍各自的特点:
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。
离子交换法处理有以下特点:
优点:
◇预处理要求简单、工艺成熟,出水水质稳定、设备初期投入低;
◇由于制水原理类同于用酸碱置换水中离子,所以在原水低含盐量的应用区域运行成本较低。
缺点:
◇由于离子交换床阀门众多,操作复杂烦琐;
◇离子交换法自动化操作难度大,投资高;
◇需要酸碱再生,再生废水必须经处理合格后排放,存在环境污染隐患;
◇细菌易在床层中繁殖,且离子交换树脂会长期向纯水中渗溶有机物
◇在含盐量高的区域,运行成本高
从80年末开始,膜法水处理在我国得到了广泛应用,反渗透就是除盐处理工艺的膜法水处理工艺之一。
反渗透法处理有以下特点:
优点:
◇反渗透技术是当今较先进、稳定、有效的除盐技术;
◇与传统的水处理技术相比,膜技术具有工艺简单、操作方便、易于自动控制、无污染、运行成本低等优点,特别是几种膜技术的配合使用,再辅之经其他水处理工艺,如石英砂、活性炭吸附、脱气、离子交换、UV杀菌等
◇原水含盐量较高时对运行成本影响不大
◇缺点:
◇预处理要求较高、初期投资较大
本文以地下水为原水,生产250m3/h除盐水(5MΩ.cm)为例,就离子交换和反渗透两种处理方法在工艺、占地方面、和运行成本作简要比较。
2 除盐水处理工艺比较
2.1离子交换法
1)离子交换处理工艺流程:
2)流程简介:
原水首先进入无阀滤池进行预处理直流入过滤水槽,再通过过滤水泵送水至阳床上部,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的水进入中间水池,中间水泵将水送入阴床,在床中与强碱阴树脂接触,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。
经一级除盐后的水再进入混床除去少量残存阳、阴离子和SiO3,经混床处理制得合格的的除盐水。
交换过程中,阳床、阴床和混床因交换剂饱合而失效,这时由再生系统对阳床、阴床和混床进行再生。
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:
无阀滤池:
地下水经采集后在无阀滤器中将浊度降低至5NTU,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。
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<10μs/cm,SiO2<0.2mg/l,能满足中压锅炉给水要求。
但是若需更高品质除盐水,就得在一级除盐水的基础上进行深化处理。
精除盐
混床:
离子交换法精除盐的方法有二级除盐、多级除盐及混床除盐。
常用的经济有效的方法是混床除盐。
经混床处理过的除盐水,它的电导率<0.2μs/cm,SiO2<0.01mg/l。
混床失效后,需用酸碱同时对阳、阴树脂进行再生。
废水处理
废水池:
阳床、阴床和混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。
废水池起到收集废水、调节废水、中和废水的作用。
再生系统
酸、碱贮槽和计量泵及混合器共同完成再生过程供液、计量的作用。
整个工艺过程比较烦琐的是阳床、阴床和混床再生时要多次倒换阀门,而且一般每天或间隔一天就需再生,所以操作难度大,通常须配置经验丰富的操作人员。
若采用自动控制,则控制点多、阀门要求高,投资很大。
同时酸碱耗量大,再生废水也多。
另外由于树脂对非极性的大分子没有去除能力,所以制水过程中可能会出现细菌殖生。
2.2反渗法
1)反渗透处理工艺流程:
2)流程简介
原水经原水泵送到石英砂过滤器降低浊度,在活性炭过器中降低COD,胶体及有机大分子的含量。
活性炭出水再送至保安过滤器进行最后的预处理,使原水SDI<5mg/l,满足反渗透(RO)主机的进水要求。
经保安过滤器后的合格水由高压泵送至RO主机反渗透进行除盐处理。
反渗透膜截留下的有机物、胶体和盐无机盐由浓水侧直接排掉,不会给环境造成污染。
产品水由膜清水侧送出至脱碳塔,除去渗透至清水的二氧化碳气体。
脱气后的一级除盐水送至混床进行最后的精除盐。
由于膜的运行与温度有关,在温度低时会降低产水量,所以在冬季原水须由加热器加热至25℃左右。
另外反渗透膜运行4-8月需进行一次化学清洗,以保证膜的透水量。
3)流程单元说明:
预处理
反渗透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。
石英砂过滤器:
配制石英砂过滤器,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。
当出水大于1NTU或进出口压差大二0.01Mpa,过滤器需进行反洗。
所以反洗周期及反洗时间视原水浊度而定。
反洗时在进水同时送入压缩空气,擦洗滤料。
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)<0.1。
活性炭过滤器反洗以设备运行时间(或压差)来控制反冲洗周期。
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;这样不仅提高了过滤精度,还提高了滤芯使用寿命。
因为普通滤芯为均一精度,在外表层堵塞后,就需更换;由于内外层精度不一,对进水不同粒径的大小粒子进行分层截留,充分利用了滤芯的内外表层,提高了粒子的截留效果。
在正常工作条件下,滤芯可维持6-8个月以上的使用寿命,比普通滤芯寿命提高50%。
当过滤器进出口压差达到1.0Kg/cm2时需更换滤器内滤芯。
以上预处理也可采用超滤(UF)等其它膜法处理方式。
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。
在RO装置停运时,用产品水自动冲洗,挤排膜和不锈钢管道中的高TDS残水,使停运膜完全浸泡在淡水中,可以防止膜的自然渗透造成的膜损伤,去污除垢,使装置和RO膜得到有效保养。
经反渗透处理,原水中绝大部分无机盐、有机物、微生物、细菌被截留。
经反渗透处理的产品水可达到电导率<10μs/cm,SiO2<0.2mg/l。
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
↑-------------------------------↓
除碳器:
由于反渗透对二氧化碳等气体去除率低,所在在RO的产品水送到脱碳器是必要的,这样可大大提高混床的使用周期。
当然脱二氧化碳也可以脱气膜来实现。
精除盐
混床:
反渗透产水经混床内阳阴树脂进一步脱盐,去除残存的离子,出水电导率≤0.2μs/cm,SiO2<0.01mg/l。
混床运行周期长,所以一般设置为手动再生。
再生废水也较少。
目前实现精除盐过程还可以选用EDI技术,该技术可实现完全无再生废水产生,因此市场前看好,但是由于预期投入较大,所以在国内应用实例不多。
反渗透法制取除盐水是一个物理过程,所以比离子交换法环保。
同时处理过程简单,易操作,自动程度化高,人工干预量小。
同时系统的管理与维护简单。
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