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超滤膜与反渗透膜在碱水淡化工艺上的应用

北极星环保网来源:环保零距离2017/3/9 15:02:33我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:超滤膜 反渗透 脱盐工艺

北极星环保网讯:首先将目标水质与原水水质进行对比可以看出, pH值、悬浮物、总碱度+总硬度、氯化物、总溶解固体达不到要求,其余水质指标能达到要求。因此,处理方案针对达不到要求的水质指标而拟定。

原水水质符合碱湖水水质特征,具有非常高的总溶解固体(TDS,即含盐量)和非常高的碱度,含盐量达到一般情况下盐湖水的含盐量,碱度则远远超过通常的盐湖水。

本原水要达到目标水质,最大的挑战是脱盐和脱碱。要将TDS从10579.79 mg/L降至1000mg/L以下,优选的工艺是反渗透。若采用离子交换进行脱盐和脱碱,需要消耗大量的酸碱(本项目主要是耗酸量巨大),除非项目附近有大量废酸可以利用,不建议采用离子交换法。

反渗透通常是脱盐工艺,但在本项目由于原水中的碱度来源是碳酸氢根离子(HCO3-)和碳酸根离子(CO32-),反渗透的脱盐过程实际上也是在脱除这些离子,因此,也同时脱除了水中的碱度,从而使得目标水质指标中的总碱度+总硬度达到要求。

由于反渗透对进水中的浊度要求很高,因此,在反渗透前面需要设置相应的预处理措施,以最大程度地去除浊度,延长反渗透膜的清洗周期。目前最先进的反渗透进水预处理工艺为超滤。超滤克服了传统过滤工艺对原水水质波动适应性差、出水水质不稳定的弱点。当原水水质在一定范围内波动时,超滤的出水水质非常稳定。正是由于这一特出优点,超滤正逐渐成为反渗透前的必备预处理工艺。

由于原水为地表水,在降雨或其它因素影响下,悬浮物含量存在巨大波动的可能性,一定情况下可能超出超滤的承受能力,因此,为了保证后续设备稳定运行,传统的混凝、沉淀、过滤也需要设置。建议采用将此三种工艺置于一个装置内的一体化处理装置。

处理工艺

反渗透

工艺说明

1.原水投加PAC、Cl2

原水在进入处理装置前需投加PAC和Cl2。

PAC是目前使用最广的无机高分子絮凝剂。投加PAC可以中和水中的胶体和其它带负电微粒的电荷,使之凝聚成大颗粒,从而在后面的一体化处理装置中沉淀过滤去除。

投加Cl2是为了杀菌消毒灭藻,防止水中的微生物在后续处理装置中孽生造成污堵。同时,Cl2还可以将原水中的亚铁离子(Fe2+)氧化成铁离子(Fe3+),从而在后续处理装置中一并去除,降低铁对反渗透膜的威胁。

之所以选用Cl2作为氧化消毒剂,是因为原水pH较高,投加成品NaClO剂量太大,运行成本过高。直接投加Cl2成本较低。也可以考虑其它在高pH值条件下有较好杀菌效果的氧化剂,比如O3、ClO2,但成本较高。

2.一体化处理装置

在中小规模的水处理厂普遍采用装混凝、沉淀、过滤置于一个装置内的一体化处理装置,用以去除水中的悬浮物,降低浊度。

投药后的原水在装置内反应,形成絮凝体(矾花),然后进入斜板区,将大颗粒沉淀下来,最后进入过滤区,过滤后的出水悬浮物含量在5mg/L以下。

3.超滤

超滤膜是一种孔隙极小的微孔膜,通常孔径在几十纳米。超滤膜可以去除水中绝大部分的悬浮物、胶体、细菌、病毒,达到非常优质的出水。通常超滤出水浊度稳定在1NTU以下,SDI值(淤泥密度指数)在3以下。这样的水质对于保证后面的反渗透膜的稳定运行具有重要意义,通常情况下,通过超滤的地表水进入反渗透膜脱盐,可以使反渗透稳定运行3~6个月。

目前市场上超滤膜的型号很多,但主流材质通常情况下只有两种,即PES(聚醚砜)和PVDF(聚偏氟乙烯)。市场上PES材质的超滤膜通常制成内压式,主要用于普通地表水和地下水进入反渗透前的预处理,其对进水浊度和颗粒度要求较高,且耐氯性较差,通常不适合于在废水或微污染水处理中采用。

PVDF材质的超滤膜通常制成外压式,由于是一种氟塑料,它具有良好的耐化学性(包括良好的耐氯氧化性)和对高浊度水的适应性,广泛用于各种性质的水处理中,尤其是废水回用和微污染水的过滤。

针对本项目的水源水质情况,推荐使用PVDF材质的超滤膜。这样在膜污堵时,可以采用投加高浓度的氯(500~900mg/L)来进行反洗恢复膜的性能。

4.反渗透

反渗透是一种先进的脱盐工艺,通常情况下可以脱除水中95%以上的盐分(三年内)。在本项目原水TDS为10579.79 mg/L,经过反渗透脱盐的出水在529mg/L以下。经过反渗透膜,水中其它残留的悬浮物、胶体、细菌、病毒基本去除。硬度可以在1mg/L(以CaCO3计)以下。

反渗透的核心部件是反渗透膜。目前主流的反渗透膜均为PA(聚酰胺)材质,早期的醋酸纤维素材质的反渗透膜已经逐步退出市场。本项目原水水质条件下,采用普通苦咸水膜可以达到50%的回收率(即1m3进水可以得到0.5m3产水),如果需要将水回收率提高到75%,需要使用海水淡化膜。

但使用海水淡化膜由于运行压力很高(达5MPa以上),意味着更高的能耗,本项目由于在缺水地区,而能源价格较低,可以考虑在反渗透装置中第一段使用普通苦咸水膜,第二段中使用海水淡化膜,一二段之间使用增压泵进行增泵,浓水排放出口设置能量回收装置以降低能耗。具体设置见下图:

反渗透

5.出水

反渗透出水非常优质,可以有更好的用途,比如作为锅炉补水。本项目中如果仅与其它处理后的污水一起作为循环冷却水,由可以与其它出水混合,消毒后出本项目界区。

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