国产反渗透膜在锅炉用水中的试验应用

周建佳，齐 瑞，谌礼兵

（宁波钢铁有限公司，浙江宁波 315800）

引言

反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜 而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物、细菌病毒等，从而达到分离净化目的。

反渗透膜技术作为新型分离技术广泛应用于水处理领域，因其结构易升级，高效率，低能耗，低化学污染和无相转变等优势，逐步成为了科研领域以及工业领域研究与生产的热点。

反渗透应用于预除盐能使离子交换器的负荷减轻90%以上，树脂的再生剂用量也可以减少90%，因此，不仅节约费用，而且利于环境保护。我国反渗透膜研发时间较晚，在反渗透膜领域发展水平较国外还有差距。2016 年国务院发布的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提及到“十三五”末国产海水淡化膜在国内市场的占有率实现30%～50%，家用净水膜达到国际一流水平，国产化80%以上。浙江省《高技术产业发展“十三五”规划》将积极推进高效膜材料的创新发展列入新材料产业。

1 脱盐水站概况

宁波钢铁有限公司为2 台150 t 燃气锅炉配套设计的脱盐水站，设计处理能力100 m3/h。生产工艺见图1。脱盐水站主要制水设备由3 台多介质过滤器、3 台活性炭过滤器、2 套反渗透装置、2 套混床等组成。反渗透膜组均采用进口陶氏复合膜。为了响应国家的号召，支持国内膜产业的发展，同时节约公司内部采购成本，开展国产膜在锅炉用水的试验应用。由某公司提供6 支反渗透膜，替代除盐水生产中一组反渗透膜组，与现有的反渗透膜在相同的运行工况和水质一起生产运行，观察测试膜组是否能满足生产的需要，产水水质及膜的性能与进口膜的差距，是否可以替代进口膜。

图1 脱盐水站工艺流程图

2 试验开展的方法和准备

2.1 试验方法

某公司提供一组（6 支）膜组件，能源环保部拆卸和安装完成后，投入正常运行观察和检测相关的运行数据。

2.2 试验准备

2.2.1 现有膜组件的拆卸

1）先对系统进行杀菌后停机，关闭膜系统进水阀门，开启浓水阀，将膜壳里面的水排尽。

2）将系统泄压后，再利用相关拆卸工具将膜壳两端端盖拆卸下来，标识摆放。

3）使用一根长管从进水侧方向将旧膜元件推出，元件被推出膜壳另一端时应防止损坏或造成人员受伤。

4）将膜元件依次摆放，沥水，不得混放，做好编号与顺序记录。

5）将膜元件拆卸后，采用清水冲洗或其他方式擦洗，保证压力容器干净润滑。

2.2.2 新膜组件的安装

1）安装前确认元件进入方向正确，即密封圈开口方向需面向进水方向，将膜元件逐一从密封圈的一端从膜壳进水端方向装入。

2）将涂抹甘油润滑的中心管连接器头插入膜元件产水中心管内，将膜元件推入膜壳内，直到膜元件大约1/2 露出，再依次安装其他膜元件和连接接头，直到安装完成。

3)合理调整膜元件和端板间的间隙，以防止膜元件在系统开机和停机的撞击。

4)先将浓水侧端盖及止推环安装好，再依次安装进水端端盖、浓水端产水管路。

5)膜元件安装后，确认管道及接口、阀门状态恢复。

2.2.3 旧膜元件的保存

1)拆下的膜保存在小于45 ℃的环境，保持干燥且无阳光直射，避免低温结冰。

2)膜元件的保护液储存与保护液定期检查。

3)采用PE 或其他耐腐蚀容器，配备好1%～1.5%的亚硫酸氢钠溶液。

4)保护液pH 值每3 天检测一次，当pH＜3 时，应更换新的保护液。

2.2.4 新膜组件的运行检测

1)建立更换膜组件后的系统压力和流量记录。

2)建立更换的这组膜组件的出水水质记录。

3)统计系统的回收率和膜组的脱盐率。

3 试验过程和试验数据

将高度合适的C套第四支反渗透膜组件进行了拆卸和安装，与以套膜组的第二支、第三支进行比较，经过几天的试运行后，正式运行取水样检测，记录如下在线数据和检测数据：C 套膜组的进水电导率、三支膜组的产水电导率；C 套膜组的进水压力、膜间压力、出水压力；C 套膜组的清水流量、C 套膜组的浓水流量；其中电导率为试验室仪表检测数据，其余为在线数据。

3.1 第一阶段水质检测和分析情况

12 月底至次年1 月初，三支膜的产水电导率和脱盐率都比较接近，分别见图2、图3。试验用的第四支膜脱盐率也很稳定，试验期间气温低，膜的透盐率比较低，因此在试验的6 个月当中此月份三支膜的产水电导率都最低。系统的膜间压差0.10 MPa,产水率79.82%。

图2 三支反渗透膜组产水电导率折线图

图3 三支反渗透膜组产水去除率柱形图

3.2 第二阶段水质检测情况

1月底2月初，三支膜的产水电导率和脱盐率接近，分别见图4、图5。试验用的第四支膜脱盐率也很稳定，月平均脱盐率96.72%。此月系统的膜间压差0.12 MPa,产水率78.98%。

图4 三支反渗透膜组产水电导率折线图

图5 三支反渗透膜组产水去除率柱形图

3.3 第三阶段水质检测情况

3 月，三支膜的产水电导率和脱盐率接近，分别见图6、图7。试验用的第四支膜脱盐率也很稳定，月平均脱盐率96.09%。此月系统的膜间压差0.15 MPa,产水率76.37%。

图6 三支反渗透膜组产水电导率折线图

图7 三支反渗透膜组产水去除率柱形图

3.4 第四阶段水质检测情况

4 月，三支膜的产水电导率和脱盐率接近，分别见图8、图9。试验用的第四支膜产水电导率也很稳定，月平均脱盐率95.50%。

图8 三支反渗透膜组产水电导率折线图

图9 三支反渗透膜组产水去除率柱形图

3月31日，对C 套膜组进行了常规的化学清洗，4月膜间压差0.10 MPa,产水率78.14%。

3.5 第五阶段水质检测情况

5 月，三支膜的产水电导率和脱盐率接近，分别见图10、图11。试验用的第四支膜产水电导率也很稳定，月平均脱盐率96.20%。此月系统的膜间压差0.08 MPa,产水率78.47%。

图10 三支反渗透膜组产水电导率折线图

图11 三支反渗透膜组产水去除率柱形图

3.6 第六阶段水质检测情况

6 月，因天气转暖水温升高，过膜的水分子粘度下降，扩散性能增强，导致透盐率的增加和脱盐率的下降，分别见图12、图13。三支膜的产水电导率均同时上升而脱盐率下降。但总体来说，试验用的第四支膜产水电导率还是稳定的，月平均脱盐率94.28%。此月系统的膜间压差0.09 MPa,产水率78.60%。

图12 三支反渗透膜组产水电导率折线图

图13 三支反渗透膜组产水去除率柱形图

4 结论和建议

4.1 结论

本试验采用了国产膜与原陶氏膜在运行条件完全一样的前提下共同生产运行六个多月，去除率与原陶氏膜接近，前五个月，试验用的三支膜组的去除率都达到了95%以上，只有6月份，取样的三支膜的产水电导率都上升，同时去除率下降，不足95%，原因如下：

4.1.1 水温的影响

膜的去除率的测定通常是在25 ℃的条件下，一、二月份试验用水在22～23 ℃，随着天气转暖，六月份有33℃，水温升高，过膜的水分子粘度下降，扩散性能增强，反渗透膜的透盐率会增加而脱盐率会下降。

4.1.2 进水水质的影响

试验用水为回用水深度处理的反渗透膜产水，电导率通常在100～150 μS/cm，含盐量（电导率）比较低，碳酸氢盐在水中的占比很高，碳酸类化合物在水中有几种不同的存在形态，而其中的CO2不能被反渗透膜去除，所以相对的，系统膜的去除率都有些微的偏低，因而在立项时把去除率设定为95%。

从以上各月的试验进出水水质分析检测结果看，用做试验的国产膜性能与原在使用期内的陶氏进口的性能接近，产水电导率均小于10 μS/cm，且脱盐率基本大于95%，与原膜组配套使用后，膜间压力没有增大，产水率没有低于75%。

试验各项数据和结果满足膜生产运行的基本要求和试验设定的标准，满足系统水质要求，运行安全稳定。

4.2 建议

宁钢深度水处理生产以后，脱盐站以深度水处理的反渗透膜产水为源水制水，水质比较好，可以尝试使用成本更低廉的国产反渗透膜，一是国产膜可以保证现场的水质要求，二是可以逐步推进反渗透膜国产化，支持国内膜产业的发展。