反渗透浓水再利用

蔡巧燕

（新鑫矿业股份有限公司阜康冶炼厂阜康831500）

反渗透浓水再利用

蔡巧燕

（新鑫矿业股份有限公司阜康冶炼厂阜康831500）

反渗透系统在运行中必须排放一定量的浓水以保证膜表面不结垢污堵，是造成水资源消耗高的主要原因。本文阐述了利用原有备用的反渗透设备，以浓水作为其进水达到浓水回用的方法，有效提高了反渗透的产水率。

反渗透浓水膜结垢产水率

反渗透水处理技术近年来已得到了广泛的应用，因其不使用酸碱等化学药剂、不污染环境、操作简便的优点，让更多的企业采用此项水处理技术。但其产水率不足75%，在水资源严重缺乏的今天和节能减排工作的要求下，必须要加大反渗透浓水的利用量，提高反渗透产水率。

新鑫矿业阜康冶炼厂动力车间反渗透系统年产浓水约10万吨，近年来为了节约水资源，大力开展浓水再利用项目的研究，但因浓水含盐量高，生产领域和绿化等都无法使用，只是将浓水用于反渗透预处理设备的反洗用，年使用量不足1万吨。2015年初动力车间浓水再利用项目获得了突破，使反渗透产水率提高至85%以上。现将反渗透浓水再利用工艺介绍如下。

1 原有反渗透工艺流程

新鑫矿业阜康冶炼厂动力车间反渗透用水采用地下水，水处理系统的设计为1×60m3/h和2×60m3/h两套反渗透系统，各自带有独立的预处理系统。设计回收率为75%，脱盐率≥98%，两套反渗透装置均采用一级两段7∶4排列。阻垢剂采用美国原装PWT公司阻垢剂，型号为TianASD/SC，为11倍浓缩液，具有加入量少，员工劳动强度低，阻垢效果好的特点。阻垢剂加入浓度根据原水水质控制在3.5ppm。反渗透出水电导率维持在8～12μS/cm。原有工艺流程见图1。

图1 系统工艺流程

两套系统运行均可采用PLC自动控制，整套装置在预处理、工艺流程和工艺参数的控制都比较合理，在运行过程中均保持了稳定的段间压差和脱盐率，产水量和出水水质常年都保持稳定。每年膜清洗一次作为维护。两套反渗透系统采用一开一备的方式。其中1×60m3/h反渗透系统自2007年底投运，运行时间长其出水电导率＞18μs/cm，所以选择将其作为备用设备，进行低压冲洗维护。

2 浓水再利用方案选择

阜康冶炼厂动力车间的反渗透系统生水消耗量占全车间生水消耗量的95%以上，要顺利实现浓水的再利用，只能考虑将浓水回用于反渗透系统。我们提出了两种方案。

方案一：保持原有工艺，运行参数不变，将部分浓水与原水混合回收使用。需新建容积不小于50m3的水箱（图2）。实施第一种方案，投资少，简便易行，但只能回收全部浓水的20%～30%，浓水与原水不能充分混匀，造成进入反渗透的水质不稳定。

图2 方案一工艺流程

方案二：将2×60m3/h反渗透系统的浓水作为1× 60m3/h反渗透系统的进水，产水进入2×60m3/h反渗透预的生水箱，浓水排放。产水率控制在60%～65%，实现了浓水全部回收，可将反渗透的总产水率提高至85%以上（图3）。实施第二种方案，投资少，简便易行，全部浓水都能回用。但需要确认膜的结垢倾向，若结垢会造成备用的1×60m3/h反渗透系统膜迅速结垢，不能正常运行。

图3 方案二工艺流程

2.1 分析浓水进入反渗透膜系统后膜结垢倾向

2.1.1 水质分析及计算

表12 ×60t反渗透进水水质mg·L-1

表2 反渗透浓水水质mg·L-1

反渗透膜在长期运行过程中，可溶盐的浓缩使膜表面浓缩水和给水之间会产生浓度差，严重时会产生“浓度极化”，造成渗透压升高，驱动压降低，膜的水通量降低；膜两侧盐的浓度差增大，使产水含盐量增大；同时增大了难溶盐沉淀析出倾向，导致膜的污堵，因此对水质进行分析。

将表2数据代入朗格利尔饱和指数进行计算：

式中：pHC为浓水pH值；pHs为CaCO3饱和时的pH值。

在陶氏公司的《反渗透膜与纳滤膜元件产品与设计手册》中，明确给出控制碳酸钙结垢的条件为：

（a）LSIc＜0不需要投加阻垢剂；

（b）LSIc≤1.8～2.0单独投加阻垢剂或完全采用化学软化；

（c）LSIc＞1.8～2.0加酸至LSIc达1.8～2.0后，在投加阻垢剂。

2.1.2 计算结论

虽然通过计算浓缩水的碳酸钙饱和指数大于零，具有较明显结垢倾向。但是仍然符合反渗透阻垢剂给定的防止碳酸盐结垢的LSIc值。即在该水质条件下运行，阻垢剂的作用可使浓水中溶解盐不在反渗透膜表面析出沉淀。

2.2 方案选择

确定了浓水水质与膜的结垢倾向，对比两个方案，方案一需要增加一个浓水箱，浓水回收量没有方案二高；方案二不需要增加新设备，可利用原有设备实现，只是进行管路连接。可实现浓水全部回收，更经济，故选定第二种方案。

3 方案实施

（1）将2×60m3/h反渗透系统1#、2#反渗透浓水分别用Ф50的管路连接至1×60m3/h反渗透系统生水箱。

（2）为了增加浓水的储存量，我们将1×60m3/h反渗透系统的生水箱与纯水箱连通，连通后储水量达到250m3。

（3）将1×60m3/h反渗透系统产水管路改至生产冷凝水回收池（原有），通过冷凝水回收泵将反渗透产水与生产冷凝水混合后打入2×60m3/h反渗透系统的生水箱。

（4）根据水质条件，将阻垢剂加入浓度确定为4ppm。

4 运行效果

（1）2015年2月完成浓水回收改造工作，进入试运行阶段。通过两个月的运行，反渗透段间压力、产水量、浓水量、产水电导都很稳定，无明显变化，这表明对膜表面结构倾向的判定及阻垢剂药剂的加入浓度都是合理的。反渗透产水电导率维持在65～75μs/cm。将这种水质与原水混合后，降低了2×60m3/h反渗透系进水的含盐量，降低了反渗透除盐的负担，同时降低了2×60m3/h反渗透系统的进SD值，使进水条件更加符合反渗透进水水质的要求。可有效降低反渗透膜清洗的次数，延长膜的使用寿命。2015年系统试运行15天，总产水率达到了81.66%，3月全月运行产水率达到86.32%。合计共节约原水9402m3，预计全年可节约原水6万m3。经济效益和社会效益都相当可观，见表3、表4。

（2）因1×60m3/h反渗透系统全部用浓水作为其进水水源，由于浓水的温度为20～25℃，因此在运行中无需用蒸汽加热进水。

表3 浓水全部回收后1×60t反渗透运行数据

表4 产水率计算数据

（3）因浓水的悬浮物及胶体含量非常低，所以预处理产水的SDI值＜1,非常低，预处理运行两个月未进行过反洗。

5 浓水再利用过程注意事项

（1）严格控制阻垢剂的加入量，确保膜表面不结垢。

（2）严格控制反渗透系统的产水率，根据浓水水质条件，将产水率调整为65%左右。产水率过高会引起膜迅速结垢污堵。

6 总结

针对于阜康冶炼厂动力车间反渗透设备的现状，利用备用的反渗透机组达到浓水回用的目的，不但增加了设备的可开动率，而且有效的降低了能源消耗，此方法在浓水水质允许的情况下，是提高反渗透产水率的最佳办法。缺点是在浓水回用系统中目前的出力偏大，设备启停次数增加。不利于该设备的平稳运行。可将7∶4排列改为6∶3排列，进水连接处加装盲板，人为降低设备的出力。

工业锅炉、电站锅炉及化工工艺用水，应尽可能的在初始设计阶段，考虑浓水的回用问题，这样在设备的连接、选型等会更加的合理，能耗更低，回用效果会更安全可靠。

［1］陶氏化学水处理事业部.反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册.

［2］齐东子.关于碳酸钙饱和pH值的计算公式.

［3］冯敏.现代水处理技术.北京：化学工业出版社出版社，2006.

收稿：2015-4-21

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2015.04.029