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1.2 出水水质
系统出水水质需满足GB 50050— 2017《工业循环冷却水处理设计规范》中表 6.1.3 间冷开式循环冷却水系统补充水水质,具体见表 2。
1.3 工艺流程
实验装置从现场取水,采用“原水池→原水泵→超滤装置→超滤水箱→反渗透给水泵→保安过滤器→高压泵→反渗透装置→产水箱”工艺流程,设计处理量 20 m³h,设计出水量 15 m³/h,系统回收率≥ 75%。
1.3.1 超滤装置
超滤装置设计 2 套,1 用 1 备,单套产水量 20m³/h,设计回收率 90%。超滤膜采用陶氏化学外压式SFP-2880 型号,单支膜面积 77 ㎡,PVDF 材质。
根据膜设计导则,单套超滤设 6 只膜元件,设计通量为 43.3 L /(㎡·h)。超滤设出水流量表、浊度表,进水、出水之间设差压变送器,以方便采集运行数据并进行自动化控制。
超滤反洗采用其产水,设反洗泵1台,变频运行,并配置空压机以提供无油压缩空气进行气洗辅助。
1.3.2 反渗透装置
反渗透装置设计 2 套,1 用 1 备,单套产水量 15m³/h,设计回收率 84%。膜元件采用陶氏富耐抗污染膜CR100,单支膜面积 37 ㎡,TFC 材质。经陶氏膜设计软件(Rosa)计算,每套反渗透配置 28 支膜,一级 2 段 3 : 1 排列,设计通量为 14.5 L/(㎡·h),部分浓水回流至高压泵入口以满足膜表面浓水侧流速要求。高压泵采用变频运行以保证恒定的产水量。反渗透装置进水设温度变送器、ORP 表、pH 计及电导表,出水设电导表和流量表,浓水设流量表,进水、段间、浓水之间设差压变送器,以方便采集运行数据。
1.3.3 加药装置
系统设次氯酸钠(NaClO)加药装置 1 套,主要用于超滤正常反洗和加强反洗加药,以防止微生物滋生。装置包含计量箱 2 台及加药泵 4 台。
氢氧化钠(NaOH)加药装置 1 套,主要用于超滤加强反洗加药,以减轻超滤的有机污堵。装置包含计量箱 2 台及加药泵 2 台。
盐酸(HCl)加药装置 1 套,主要用于超滤加强反洗加药,以减轻超滤的无机污堵。装置包含计量箱 2 台及加药泵 2 台。
还原剂(NaHSO3)加药装置 1 套,主要作用为去除反渗透进水中的余氯,以防止反渗透膜被氧化。
装置包含带搅拌机计量箱 2 台及加药泵 2 台。设阻垢剂加药装置 1 套,主要作用为减缓膜表面无机结垢倾向。装置包含带搅拌机计量箱 2 台及图 2 中数据为在线化学清洗前运行 32 d 的平均值。由图 2 可以看出,由于前置SFP - 2880 超滤系统的稳定高效运行,为后续反渗透提供了有效的运行保证,反渗透对COD,BOD5,TDS 和Cl- 指标均有很高的去除率,各项指标均远优于GB 50050—2017《工业循环冷却水处理设计规范》中间冷开式循环冷却水系统补充水水质。尽管反渗透采用一级两段设计且回收率较高,但反渗透对COD,BOD5,TDS 和Cl- 指标的去除率分别保持在 98.6%,98.1%,99.0% 和 98.8% 以上,对应的出水中各项指标质量浓度平均值分别为 1.2 ± 0.1,1.1 ± 0.1,67.5 ± 0.1和 15.4 ± 1.2 mg/L。
1.3.4 清洗装置
当超滤、反渗透装置当达到清洗条件时需要进行化学清洗,以恢复膜运行性能。系统设化学清洗装置 1 套,包含清洗箱 1 台、超滤清洗泵 1 台、反渗透清洗泵 1 台及清洗保安过滤 1 台。
1.4 检测方法
COD,BOD5,Cl-,TDS 采用国家标准方法[10] 进行测定,pH 值、电导、浊度采用在线仪表进行测定。
2 结果与讨论
2.1 系统运行性能
2.1.1 超滤出水水质
超滤装置在在线化学清洗前运行 35 d 的进出水浊度变化情况见图 1。
由 图 1 可 以 看 出,在 本 设 计 通 量 下(43.3 L/(㎡·h)),超滤膜对水中浊度具有很高的去除率。超滤进水浊度波动幅度较大,在 5.0 ~ 10.0 NTU 之间变化。经过超滤过滤后,产水浊度得到改善,出水浊度在 0.15 NTU 以下,波动幅度小,其中 90% 以上的产水浊度能够低于 0.1 NTU,这就避免了后续反渗透发生无机污堵的风险。另在整个运行过程超滤出水淤泥密度指数(SDI) 均能低于 3,满足反渗透进水要求的< 5。就有机物去除而言,超滤膜孔径较大,仅能去除以胶体、悬浮物形式存在的有机物,而对溶解性的有机物基本无去除作用,故超滤装置对COD的去除效率仅在 5.3% ~ 9.7% 之间(未在图中显示)。
2.1.2 反渗透出水水质
反渗透装置在运行期间的进出水水质见图 2。
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