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【经验】水处理学习资料预处理 如何提高纯水设备的产水量

来源:http://www.kmscl.com/news/102.html  更新时间:2017-11-25

很多人对于我们的袋式过滤器生产厂家、荆州等已经有了一些了解,而且也为大家介绍过,而今天小编将给大家介绍"水处理学习资料预处理 如何提高纯水设备的产水量",希望能帮助到大家.

【经验】水处理学习资料预处理 如何提高纯水设备的产水量

水处理学习资料预处理

各种原水中均含有一定浓度的悬浮物和溶解性物质。悬浮物主要是无机盐、胶体和微生物、藻类等生物性颗粒。溶解性物质主要是易溶盐(如氯化物)和难溶盐(如碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐)金属氧化物,酸碱等。在反渗透过程中,进水的体积在减少,悬浮颗粒和溶解性物质的浓度在增加。悬浮颗粒会沉积在膜上,堵塞进水流道、增加摩擦阻力(压力降)。难溶盐在超过其饱和极限时,会从浓水中沉淀出来,在膜面上形成结垢,降低RO膜的通量,增加运行压力和压力降,并导致产品水质下降。这种在膜面上形成沉积层的现象叫做膜污染,膜污染的结果是系统性能的劣化。需要在原水进入反渗透膜系统之前进行预处理,去除可能对反渗透膜造成污染的悬浮物、溶解性有机物和过量难溶盐组分,降低膜污染倾向。对进水进行预处理的目的是改善进水水质,使RO膜获得可靠的运行保证。

对原水进行预处理的效果反映为TSS、TOC、COD、BOD、LSI及铁、锰、铝、硅、钡、锶等污染物水质指标的绝对值降低,在上一章中有对于这些污染物水质指标的详细描述。表征膜污染倾向的另外一个重要的水质指标是SDI。通过预处理,除了要将上述指标降到反渗透膜系统进水要求的范围内,还有重要的一点是尽量降低SDI,理想的SDI(15分钟)值应小于3。

5.1化学预处理

为了改善反渗透系统的操作性能,在进水中可以加入添加下列一些药剂:酸、碱、杀菌剂、阻垢剂和分散剂。

1 加酸-防止结垢

在进水中可以加入盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)来降低pH。硫酸价格便宜、不会发烟腐蚀周围的金属元器件,而且膜对硫酸根离子的脱除率较氯离子高,所以硫酸比盐酸更为常用。没有其他添加剂的工业级硫酸即适宜于反渗透使用,商品硫酸有20%和93%两种浓度规格。93%的硫酸也称为66波美度硫酸。在稀释93%硫酸时一定要小心,在稀释到66%时发热可将溶液的温度提升到138℃。一定要在搅拌下缓慢地将酸加入水中,以免水溶液局部发热沸腾。盐酸主要在可能产生硫酸钙或硫酸锶结垢时使用。使用硫酸会增加反渗透进水中的硫酸根离子浓度,直接导致硫酸钙结垢倾向增加。工业级的盐酸(无添加剂)购买非常方便,商品盐酸一般含量为30-37%。降低pH的首要目的是降低RO浓水中碳酸钙结垢的倾向,即降低朗格里尔指数(LSI)。LSI是低盐度苦咸水中碳酸钙的饱和度,表示碳酸钙结垢或腐蚀的可能性。在反渗透水化学中,LSI是确定是否会发生碳酸钙结垢的是个重要指标。当LSI为负值时,水会腐蚀金属管道,但不会形成碳酸钙结垢。如果LSI为正值,水没有腐蚀性,却会发生碳酸钙结垢。LSI由碳酸钙饱和的pH减去水的实际pH。碳酸钙的溶解度随温度的上升而减小(水壶中的水垢就是这样形成的),随pH、钙离子的浓度即碱度的增加而减小。LSI值可以通过向反渗透进水中注入酸液(一般是硫酸或盐酸)即降低pH的方法来调低。推荐的反渗透浓水的LSI值为0.2(表示浓度低于碳酸钙饱和浓度0.2个pH单位)。还可以使用聚合物阻垢剂来防止碳酸钙沉淀,一些阻垢剂供应商声称其产品可以使反渗透浓水的LSI高达 2.5(比较保守的设计是LSI为+1.8)。

2 加碱-提高脱除率

在一级反渗透中加碱使用较少。在反渗透进水中注入碱液用来提高pH。一般使用的碱剂只有氢氧化钠(NaOH),购买方便,而且易溶于水。一般不含其他添加剂的工业级氢氧化钠便可满足需要。商品氢氧化钠有100%的片碱,也有20%和50%的液碱。在加碱调高pH时一定要注意,pH升高会增加LSI、降低碳酸钙及铁和锰的溶解度。最常见的加碱应用是二级RO系统。在二级反渗透系统中,一级RO产水供给二级RO作为原水。二级反渗透对一级反渗透产水进行“抛光”处理,二级RO产水的水质可达到4兆欧。在二级RO进水中加碱有4个原因:

a.在pH8.2以上,二氧化碳全部转化为碳酸根离子,碳酸根离子可以被反渗透脱除。而二氧化碳本身是一种气体,会随透过液自由进入RO产水,对于下游的离子交换床抛光处理造成不当的负荷。

b.某些TOC成分在高pH下更容易脱除。

c.二氧化硅的溶解度和脱除率在高pH下更高(特别是高于9时)。

d.硼的脱除率在高pH下也较高(特别是高于9时)。

加碱应用有一个特例,通常被叫做HERO(高效反渗透系统)过程,将进水pH调到9或10。一级反渗透用来处理苦咸水,苦咸水在高pH下会有污染问题(比如硬度、碱度、铁、锰等)。预处理通常采用弱酸性阳离子树脂系统和脱气装置来除去这些污染物。

3 脱氯药剂-消除余氯

RO及NF进水中的游离氯要降到0.05ppm以下,才能达到聚酰胺复合膜的要求。除氯的预处理方法有两种,粒状活性炭吸附和使用还原性药剂如亚硫酸钠。在小系统(50-100gpm)中一般采用活性碳过滤器,投资成本比较合理。推荐使用酸洗处理过的优质活性炭,去除硬度、金属离子,细粉含量要非常低,否则会造成对膜的污染。新安装的碳滤料一定要充分淋洗,直到碳粉被完全除去为止,一般要几个小时甚至几天。我们不能依靠5μm的保安过滤器来保护反渗透膜不受碳粉的污染。碳过滤器的好处是可以除去会造成膜污染的有机物,对于所有进水的处理比添加药剂更为可靠。但其缺点是碳会成为微生物的饲料,在碳过滤器中孳生细菌,其结果是造成反渗透膜的生物污染。

亚硫酸氢钠(SBS)是较大型RO装置选用的典型还原剂。将固体偏亚硫酸氢钠溶解在水中配制成溶液,商品偏亚硫酸氢钠的纯度为97.5-99%,干燥储存期6个月。SBS溶液在空气中不稳定,会与氧气发生反应,所以推荐2%的溶液的使用期为3-7天, 10%以下的溶液使用期为7-14天。从理论上讲,1.47ppm的SBS(或0.70ppm偏亚硫酸氢钠)能够还原1.0ppm的氯。设计时考虑到工业苦咸水系统的安全系数,设定SBS的添加量为每1.0ppm氯1.8-3.0ppm。SBS的注入口要在膜元件的上游,设置距离要保证在进入膜元件有29秒的反应时间。推荐使用适当的在线搅拌装置(静态搅拌器)。

介质过滤

从水中去除悬浮固体普遍的方法是多介质过滤。多介质过滤器以成层状的无烟煤、石英砂、细碎的石榴石或其他材料为床层。床的顶层由质轻和质粗品级的材料组成,而最重和最细品级的材料放在床的底部。其原理为按深度过滤——水中较大的顾粒在顶层被除去,较小的颗粒在过滤器介质的较深处被除去。

在单一介质过滤器中,最细的颗粒材料反洗至床的顶部。大多数过滤发生在床顶部5cm区域内,其余作为支撑介质。有一泥浆层形成。虽然单一介质过滤器的滤速限制为81.5—163L/(min.m2)过滤面积,多介质过滤器的水力过程流速可高达815L/(min.m2),但因高水质的要求,通常在RO预处理中流速限制在306L/(min.m2)。

由于胶体悬浮物既很细小又由于介质电荷之间的排斥,所以单独过滤不起作用。在这些情况下,在过滤前必须加絮凝剂或絮凝化学药品。常用的絮凝剂有三氯化铁、矾和阳离子聚合物。因为阳离子聚合物在低剂量下就有效果,且不明显地增加过滤器介质的固体负荷,所以最常用。另一方面,如果阳离子聚合物进入现在采用的某些最通用的膜上,则它们却是非常强的污染物。很少量的阳离子聚合物就能堵塞这些膜,且往往难以去除。务须谨记当用阳离子聚合物作为过滤助剂时,必须小心使用。

2除铁、锰——氧化过滤

通常含盐量为苦咸水范围的某些井水呈还原态,典型特点是含有二价的铁和锰,有时还会存在硫化氢和氨。如果对这类水源进行氯化处理,或当水中含氧量超过5mg/L时,Fe2 将转化为Fe3 形成难溶解性的胶体氢氧化物颗粒。铁和锰的氧化反应如下:

4Fe(HCO3)2 O2 2H2O→4Fe(OH)3 8CO2

4Mn(HCO3)2 O2 2H2O→4Mn(OH)3 8CO2

由于铁的氧化在很低的pH值时就会发生,因而出现铁污染的情况要比锰污染的情况要多,即使SDI小于5,RO进水的铁含量低于0.1mg/L,仍会产生铁污染的问题。碱度低的进水铁离子含量要高,这是因为FeCO3的溶解度会限制Fe2 的浓度。

处理这类水源的一种方法时防止整个RO过程中与空气和任何氧化剂如氯的接触。低pH值有利于延缓Fe2 的氧化,当pH<6,氧含量<0.5mg/L时,最大允许Fe2 浓度4mg/L,另一种是用空气、Cl2或KMnO4氧化铁和锰,将所形成的氧化物通过介质过滤器除去,但需要主要的是,由硫化氢氧化形成的胶体硫可能难以由过滤器除去,在介质过滤器内添加氧化剂通过电子转移氧化Fe2 ,即可一步同时完成氧化和过滤。

海绿石就是这样一种粒状过滤介质,当其氧化能力耗尽时,它可通过KMnO4的氧化来再生,再生后必须将残留的KMnO4完全冲洗掉,以防止对膜的破坏。当原水中含Fe2 的量小于2mg/L时,可以采用这一处理方法,如原水中含更高的Fe2 的量小于2mg/L时,可以采用这一处理方法,如原水中含更高的Fe2 时,可在过滤器进水前连续投加KMnO4,但是在这种情况下,必须采取措施例如安装活性炭滤器以保证没有高锰酸钾进入膜元件内。

Birm过滤也可以有效地用于从RO/NF进水中去除Fe2 ,Birm是一种硅酸铝基体上涂有二氧化锰形成沉淀,并且通过滤器反洗可将这些沉淀冲出滤器。由于该过程pH将升高,可能会发生LSI值变化水处理,水处理学习资料预处理因而要预防滤器和RO/NF系统内出现CaCO3沉淀。

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纳洁科技(北京)有限公司采用反渗透的全膜法工艺进行纯水设备。从该系统的实际运行状况出发,对影响产水率(量)的因素进行了分析,有针对性地调整了系统运行参数。实践证明,纯水设备系统产水率有显著的提高。

1.纯水设备系统介绍 

纳洁科技(北京)有限公司的纯水设备系统采用反渗透全膜法工艺,设计产水量为300m3/h,原水采用全厂的工业用水。

纯水设备系统工艺流程工业用水(经混凝沉淀处理后的长江原水)经过自清洗过滤器初步过滤后进入UF系统,UF系统共3套,每套处理能力150m3/h,设计回收率90%,采用中空纤维膜。一级RO系统共3套,每套处理能力137m3/h,设计回收率75%,采用抗污染BW30400FR膜组件。二级RO系统共3套,每套处理能力110m3/h,设计回收率为90%,采用超低压高产量的BW30LE440膜组件。UF系统的反洗排水排至工业用水系统进行处理,一级RO系统的浓水排入回用水系统,二级RO系统的浓水排入UF产水箱继续利用。该系统从2007年4月投运,低负荷运行将近3年,产水水质良好,水处理新视野电导率维持在3μS/cm以下,但系统耗水量较大,整个系统的产水率一直在45%左右波动。本文根据纯水站实际的运行情况进行分析,找出影响产水率的因素并加以改进。

2.纯水设备系统分析与调整 

纯水设备系统的产水率主要依赖主要系统的回收率来保证:自清洗过滤器的回收率为99%,UF系统回收率为90%,一级RO系统回收率为75%,二级RO系统回收率为90%。但在实际的运行中,受设备状态和工艺用水需求的影响,系统消耗的水量要大于设计水量,回收率没有达到设计的要求。

(1)自清洗过滤器过滤精度为100μm。设置自清洗过滤器的作用主要是为了保护UF系统的正常运行,将原水中大颗粒悬浮物、砂砾等对超滤膜表面造成机械划伤的杂质去除,设备设计的自耗水率低于过滤水流量的1%。过滤器采用压差控制,当进出水口的压差达到0105MPa时设备开始自动反冲洗,压差恢复后进行过滤。在实际的运行过程中发现,由于系统中只有1台过滤器,当夏季藻类繁殖较严重的时候,尽管系统中投加了次氯酸钠进行杀菌,压差上升仍然比较严重,导致自清洗过滤器频繁进行反洗,最严重的时候每隔5~7min反洗一次,反洗排水达到100m3/d以上,回收率严重下降。当对自清洗过滤器的不锈钢滤网进行更换和拆洗时,超滤系统的进水只能走旁通管,给UF系统的运行也带来一定的安全隐患。针对以上问题,在系统中增加了1台过滤器,水处理新视野当发现1台过滤器频繁反洗的时候,可进行人工切换,对污堵的滤网及时进行化学清洗和更换,恢复其通量和过滤性能,保证UF系统的进水水质符合要求。

(2)UF系统存在大量的水量消耗,UF系统的水量消耗主要集中在反洗和化学清洗上。根据中空纤维膜的特性,UF机组每运行40min自动反洗一次,每次2min,耗水约10m3左右,每天还将进行一次化学清洗,每次化学反洗时间为30min,耗水约50m3。根据上述耗水量计算,进水量为150m3/h给水排水的UF机组,平均产水量为120m3/h,回收率只有80%,不能满足一级RO的进水量。在实际的运行中也因UF系统产水量不足,1套RO系统的用水需2套UF系统提供。为增大UF系统的产水量,增加了4支超滤膜,使产水量上升了10m3,同时将普通反洗时间缩短至90s,将化学反洗时间缩短至20min,系统产水量上升至134m3/h,基本能满足一级RO的用水量,使UF和RO机组能一一对应。

(3)RO系统的实际回收率比设计值低。RO系统的回收率是指产水流量与进水流量的比值,但在实际的运行过程中,RO系统除了浓水排放外,部分产水也有消耗。产水的消耗主要集中在启停机的低压冲洗上,每次启停耗水约5m3。如果RO机组满负荷24h不间断运行,回收率基本维持在75%左右。在实际的生产中,RO机组的运行需根据外线用水量和UF水箱的液位调节,停机几乎不能避免。在纯水站运行初期,外线用水量波动很大(80~210m3/h),导致RO机组频繁启停,最多达到每天启停17次之多,水量浪费严重,回收率下降至70%左右。为改善这一情况,根据外线用水量,规定用水量<100m3 h="" span="">时只开启1套RO机组进行制水,其他2组备用,并将RO机组的启停机液位从7m调整到了5m。通过以上措施,使机组连续运行时间增加,有效减少了停机次数,目前每天RO机组的启停机次数控制在5次以内,一级RO的产水率维持在74%,二级RO的产水率在89%左右。

(4)现场流量计存在较大误差。水处理新视野纯水设备系统在工艺上设置有很多的流量计,其中与产水率相关的流量计主要的有7个:自清洗过滤器进水量、UF进水量、UF产水量、一级RO产水量、一级RO浓水量、二级RO产水量、二级RO浓水量,根据这几个流量计可算出各个系统的回收率。但在实际的抄表过程中,流量计的误差远大于允许的误差,见表1中2009年4月21~24日数据。

纯水站流量计校准前后流量读数

从表1中可以看出:

①自清洗过滤器的进水流量比UF进水流量小200~300m3,流量计存在明显错误。

②UF系统的产水流量比一级RO进水流量大800~900m3,根据计算,实际反洗水量300~400m3/d,流量计误差约10%左右。

③一级RO的产水流量与二级RO的进水流量不匹配,纯水站流量计校准前后流量计读数偏小,2套流量计读数偏大。

针对以上情况,根据水箱的液位变化情况计算容积来校准流量计,校准后流量计误差控制在3%以内。见表2中7月10~11日数据。经过设备改造和运行参数的调整,整套纯水制备系统的产水率有显著上升,从45%上升至52%,有效提高了纯水的产量,达到了预期改善的目的。

同时,纯水设备系统的产水率还受到进水水温、运行压力和膜系统的污染情况等因素的影响,这些因素也需要在 运行操作中加以足够重视。水处理新视野在冬季运行时,维持合理进水压力,既不能太高,使膜发生永久变形,也不能太低,影响产水率。当膜系统出现污堵的时候要及时进行针对性的在线和离线清洗,防止造成膜元件不可逆的性能下降,影响产水率(量)和脱盐率。

3.总结

本文根据我们实际的运行经验出发,对影响反渗透纯水设备系统产水率的因素进行了分析,同时进行了相应的改造,达到了预期的效果。水处理新视野通过对纯水站实际运行情况的总结,进一步认识到设计人员在设计时应充分考虑工厂生产的特点,合理进行水的综合利用,以提高纯水系统的产水率。合理进行水的综合利用,以 提高纯水设备系统的产水率。

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本文关键词:水处理 学习 系统 2. 3. RO 1.

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