双膜法制软水工艺的应用

侍继军 陈 宇 陈冬梅 马亚娟

(江苏和友化工有限公司 江苏宿迁223809)

0 前言

在合成氨生产过程中，根据工艺要求需对原水进行软化处理。江苏和友化工有限公司原采用阴阳离子交换树脂工艺制软水。该工艺存在制水周期短、树脂抗污染能力差及再生排污水化学需氧量(COD)高等问题。为此，投资2 000万元新增3套双膜法制软水系统，每套系统产水约100 t/h，减少了对环境的污染和减轻了对设备的腐蚀，取得了良好的经济效益和社会效益。

1 工艺流程

双膜法制软水工艺以双膜法为核心，采用石英砂过滤器作预处理器，其工艺流程见图1。原水池中的原水经原水泵进入石英砂过滤器除去水中的悬浮杂质以及部分有机物、胶体；过滤出的水经超滤供水泵进入自清洗过滤器，除去细小的颗粒并拦截过滤器的微小滤料，然后进入超滤系统，除去胶体、悬浮物、病菌等物质后进入超滤产水箱中；经一级反渗透(RO)供水泵送入一级保安过滤器后由一级高压泵送入一级反渗透膜组中，经过反渗透处理后产生的水经过除碳器送入一级RO产水箱；之后，通过二级RO供水泵送入二级保安过滤器进一步过滤，然后由二级高压泵进入二级反渗透膜组，经处理后送入除盐水箱供各工段使用。

图1 双膜法制软水工艺流程

2.1 预处理

采用石英砂过滤器，选用吸附力强、质轻的石英砂作为滤料，利用其吸附的特性，除去水中的胶体、悬浮物等杂质。该过滤器由本体进水装置、集水装置、外配管、仪表以及取样装置等组成。进水装置为上进水、喷淋布水，集水装置为多孔板滤水帽集水或穹形多孔板加承托层结构，具有独特的均匀布水方式使其具有过滤性能稳定、运行周期较长(一般24 h反洗1次)等特点。该系统并联使用6台Φ3 200 mm的石英砂过滤器，设计滤速为10 m/h，每台处理量为80 m3/h。

2.2 自清洗过滤器

为防止原水中较大的机械类杂质进入超滤系统而对滤膜造成损坏，在过滤器产水进入膜系统前，设置2台CNAF-FT10型自清洗过滤器，滤网材质为316L，单台流量450 m3/h，过滤精度(最小粒度)100 μm，自清洗时间10～60 s。待处理的原水由入水口进入机体，水中杂质沉积在自清洗过滤器的不锈钢滤网上，由此产生压差。通过压差开关监测进、出口水压差变化，当压差达到设定值时，电控器给水力控制阀驱动电机信号引发以下动作：电动机带动刷子旋转，对滤芯进行清洗，同时打开控制阀进行排污，整个清洗过程只持续数十秒。清洗过程结束时，关闭控制阀，电机停止转动，系统恢复至初始状态，开始进入下一个过滤工序。 此外，还可通过控制时间调整清洗频率。

2.3 超滤膜

该系统的膜丝内径为Ф 0.8 mm、有效膜面积为35 m2的亲水性聚醚砜超滤膜。超滤组件壳体所能承受的最大工作压力是0.4 MPa，超滤组件的反洗水压力 ≤0.15 MPa。以中空纤维膜为过滤中心处理单元，采用错流过滤模式，使水的流向平行于滤膜表面，在滤膜表面可形成较大的剪切力，使膜污染物始终处于悬浮状态，降低了浓差极化带来的影响，减少了微粒和溶质在膜面的堆积，减轻了膜污染，实现了超滤装置的连续运作。

2.4 保安过滤器

该系统反渗透装置设置成单元制，故1套反渗透装置采用1台可更换卡式滤棒的保安过滤器，产水量为160 m3/h，内置大流量滤芯6支，过滤精度5 μm。

2.5 反渗透系统

该系统反渗透膜组为二级设计，每级均按两段设计，一级使用玻璃钢压力容器26支/套，按18∶8排列，膜元件156支/套，设计回收率70%～75%。二级使用玻璃钢压力容器54支/套，按12∶6排列，膜元件108支/套。

3 存在问题及解决措施

3.1 产水量降低

在该系统设备调试阶段，由于操作人员对设备不熟悉及高压泵入口水压低，导致反渗透压力低，造成产水量降低。解决措施：加强员工培训，高压泵入口水压最低限设为0.1 MPa，反渗透压力低于0.1 MPa 时，应通过调节高压水泵电机频率提高反渗透压力，以增加产水量。

3.2 供水不足

反渗透膜产水电导率对进水水温的变化十分敏感，随着水温的下降，水通量呈线性减少。进水水温每下降1 ℃，产水量降低2.5%～3.0%；进入秋冬季以来，每套系统产水量约70 t/h。解决措施：在原水池前增设1台板式换热器，通过加热保证水温在20～25 ℃。改进后，每套系统产水量提高至90 t/h。

3.3 清洗效果不好

系统运行一段时间后，反渗透膜元件受到给水中的悬浮物或难溶盐的污染，原采用国产清洗剂(价格约1万元/t)进行清洗，但效果不好。为此，采用进口清洗剂(价格约6万元/t)后，清洗效果令人满意。

4 运行结果

该系统自投运以来，运行稳定，出水质量远高于阴阳离子交换树脂工艺系统所产的软水。改进前、后系统有关数据见表1。

表1 改进前、后系统有关数据

项 目改进前改进后软水电导率/(μS·cm-1)151软水中Cl-质量分数/(×10-6)5.00.9再生污水中COD质量浓度/( mg·L-1)721.023.6

该系统所产软水一部分用于产蒸汽，采用双膜法工艺后，软水质量提高，蒸汽质量也提高。据统计，采用阴阳离子交换树脂法所产软水的成本约9.5元/t，采用双膜法所制软水成本约4.5元/t。按每套设备平均100 t/h产水量(除去检修5 d)、全年运行时间360 d计，全年可节约1 300万元，约2年即可收回投资。采用双膜法制取软水减少了排污水中COD量，减少了对环境的污染和减轻了对设备的腐蚀，还延长了催化剂的使用寿命。