探讨“全膜法”水处理工艺及应用

刘磊

【摘要】本文首先对全膜法水处理工艺进行简要介绍，并结合实际案例探讨其具体应用，以实际应用的运行数据来验证全膜法水处理工艺的可行性及优势。

【关键词】全膜法；水处理；超滤；反渗透；EDI

随着我国工业生产的迅速发展，工业耗水量不断增长，水污染状况也日益严重，加上除盐工艺中酸碱的使用以及排污问题的日益突出，亟需采用效率更高、效果更好、技术更可靠、使用更经济的新技术来解决循环水处理、工业污水和市政污水回用处理、污水零排放等问题。全膜法水处理技术就为以上问题的处理提供了条件。近年来，全膜法技术日趋成熟，膜元件产品价格不断下降，全膜法水处理工艺的应用越加广泛，且应用效果显著。

一、全膜法水处理工艺介绍

所谓全膜法水处理工艺，是将超滤、微滤、一级反渗透、二级反渗透、EDI等不同膜工艺有机组合到一起，达到高效去除污染物以及深度脱盐目的的一种水处理工艺。目前，该工艺已成功应用于电力、冶金、石化等多个领域。全膜法系统流程见图1。

图1 全膜法制备高纯水工艺流程

全膜法的过滤精度与滤波本身孔径大小有关，微滤孔径较大，超滤孔径较小，孔径更小的是纳滤和反渗透，见表1。

表1 全膜法水处理工艺关键技术相关参数

指标 微滤 超滤 纳滤 反渗透

膜孔径 0.05-2.0μm 0.001-0.1μm <0.02μm <10A

操作压力 0.35-2.1bar 1.0-5.25bar 3.5-8.75bar 7.0-42.0bar 56-84bar（海水）

超滤是一种筛孔分离过程，主要以压力位推动力，在压力作用下，水溶液流经膜表面，小于膜孔的溶剂水和小分子溶质透过超滤膜的孔二达到低压侧，成为净化液，比膜孔大的溶质阻挡，随水留出，成为浓缩液。超滤能有效将水中的胶体、悬浮物、细菌、微生物等杂质去除，过滤性能优良。相较于传统工艺系统，超滤设备系统回收率高，处理过程无需添加任何化学试剂，无相变，出水污染指数SDI可保持<2。

反渗透以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂。反渗透能阻挡所有溶解性盐以及分子量>100的有机物，同时水分子可通过。根据物料不同，可使用比渗透压大的反渗透压力，进而达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。反渗透复合膜拖延率一般>98%。反渗透时，溶剂渗透速率为：

（1）

（2）

式中，N——溶剂渗透速率；Kh——水力渗透系数；Δp——膜两侧静压差；Δπ——膜两侧溶液渗透压差；π——稀溶液渗透压；i——溶质分子电离生成的离子数；C—摩尔浓度；R摩尔气体常数；T——绝对温度。一级反渗透浓水排放，浓缩4倍后，含盐量较高，火电厂送至脱硫系统工艺用水；光热及核电厂可以送至蒸发塘自然蒸发或者其他工艺处理。

EDI技术是一种电渗析技术和离子交换技术相互融合的技术，系统设备一般由一系列模块并联组装而成，每个模块有一定产水量。由于该系统对进水水质有较高要求，因而在系统前采用两级RO或设置软化器。EDI系统设备可以完成树脂连续不断的自动再生，所以能实现连续运行，此外，产水电阻率≥15MΩ·cm，且运行回收率高，可达95%，排放的浓水亦可回收，处理过程中无污水产生，二级反渗透及电除盐的设备排水因水质很好，均回收至超滤水箱重复使用。

二、全膜法水处理工艺的应用

为响应环境保护和节约淡水资源的要求，某电厂以机组循环水排污水为水源，经全膜法水处理工艺处理后作为锅炉补给水。本工程中，全膜法水处理工艺流程为自清洗过滤器→超滤装置→超滤水箱→反渗透给水泵→保安过滤器→高压泵→一级反渗透装置→一级淡水箱→二级高压泵→二级反渗透装置→二级淡水箱→二级淡水泵→EDI装置→除盐水箱。一级反渗透出水作为一级除盐水，EDI出水作为深度除盐水，EDI装置产水后送至除盐水箱由除盐水泵送至用水点。

预处理采用超滤技术，以适应原水水质，给反渗透膜提供保护。选用外压式超滤装置，能自动完成投运、反洗、投运的过程。超滤装置产水量2×40m3/h。超滤元件型号为ZeeWeed1500，孔径为0.02μm。在出水水质方面，SDI<4，浊度<0.5NTU，系统回收率≥95%。系统的启动、运行、冲洗、停机备用等过程由超滤PLC实现自动控制。系统设定每运行30min后进行一次水里清洗，30个周期后进行一次化学加强反洗。

采用高效抗污染的反渗透膜进行预除盐。在反渗透装置产水管上装设防爆膜、逆止阀和关断阀。一级反渗透膜选用抗污染膜，二级反渗透膜选用苦咸水膜。为实现对水的回收率的控制，装设流量控制阀。二级反渗透浓水排入超滤水箱。一级、二级反渗透装置单套净出力分别为产水量分别为2×40m3/h、2×15.6m3/h；脱盐率3年内分别≥97%、≥95%；回收率分别为75%、85%。反渗透除盐系统运行和监控由PLC、仪表、计算机系统、工艺流程模拟屏执行。

采用EDI膜堆进行深度除盐，使产水水质更加稳定可靠。采用单元模块式装配，每个模块都有相应进出水管及阀门。EDI给水泵设计为变频泵，以防止系统启动时水锤导致的严重损坏。EDI装置回收率≥90%，SiO?质量浓度≤20μg，电导率≤0.2μS/cm。

超滤、反渗透、EDI装置均设置两个系列单元，每个系列单元既能单独运行，又能同时运行。过滤器程控自动运行，其与循环水排污水系统布置于同一建筑区域内。整个全膜法系统均布置在室内。

锅炉补给水系统自运行以来，出水水质良好，也就是说全膜法水处理工艺完全能满足机组锅炉补给水水质的要求。 由于省去了酸碱消耗，节省了再生用水、 废水处理和污水排放等费用，系统总运行费用比传统离子交换系统运行费用低，且节约厂房面积达40%左右，厂房高度可降低1/3左右。

三、结语

综上所述，全膜法虽然在投资和运行费用方面略高，但它技术先进、产品成熟可靠、水的回收率高、自動化水平很高、系统简单、出水水质高且保持稳定，同时具有运行连续、不需酸碱再生和无废水排放、安装运行操作维护方便简单、劳动强度低，特别是采用结构紧凑的模块化设计，布置占地面积大大减小等优点，符合当今绿色、环保、减员增效、安全稳定、无人值守的产业政策。缺点是总投资高和运行费用（尤其是膜更换费用）高。

目前方案一运行费用高的主要原因是膜块的年更换费用高相信随着EDI装置的大量使用，膜块的价格会逐步降低，运行费用也会相应减少。

总而言之，全膜法是一条经济、环保、技术可靠的制取高纯水的工艺路线，具有显著的经济效益和社会效益，综合考虑来看，它比传统离子交换处理技术更具优势。相信随着该技术的进一步成熟，其将会越来越广泛的运用到各个领域的水处理项目中。

参考文献：

[1]王贵德，李朝燕.全膜法水处理工艺应用分析[J].河北电力技术，2012，S1：12-14.

[2]吴泱.“全膜法”水处理工艺及应用[J].科技与企业，2013，03：165+167.