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浅析武汉反渗透设备与离子交换设备的区别有哪些

由于武汉水处理设备的工艺是根据不同的原水水质和出水要求而设计的,针对不同的原水水质特点而设计水处理方案才是最经济有效的方案,同时也是出水水质长期稳定达到要求的保证。

除盐处理工艺的要求是多样的,用户对不同技术的看法也是不同。例如有些用户希望用反渗透技术,而有些用户则希望用更传统的技术如离子交换,另外有些用户则以低投资为主要考虑因素。

二、效益分析

(1)反渗透是当今最先进的除盐技术,利用反渗透对水进行除盐,除盐率在97%以上。该工艺工作量轻,维护量极小,反渗透实行自动操作,人员配置较少,操作管理方便。

(2)IE是七十年代以来普遍采用的除盐工艺,它是靠离子交换化学交换来完成对水进行除盐。该工艺操作量较多名维护量较大,人员配置较多,从目前锅炉除盐水工艺系统应用来看,离子交换逐渐被反渗透工艺所取代

2 环境效益

(1)反渗透是以电能为动力,无需酸碱再生,若离子交换的工作周期为1天,那么采用RO脱除原水97%的盐分,在用IE来担负3%的盐分,将使IE的工作周期延至长30天以上,极大程度减少酸碱再生废液的排放量,降低了对环境的影响,大大减轻了酸碱排放废水的处理负担。

(2)IE除盐化学交换,需要酸碱再生,其再生频率大,酸碱用量大,对周围的水和大气环境均有较大程度的影响

3 经济效益

(1)RO制水成本降低,通常该成本约2.5元/吨(含原水成本暂定1.0元/吨水,以及工资折扣等),该工艺的投资约在两年内从节约酸碱的费用中回收,紧急效益非常显著。

(2)IE工艺的制水成本在5.0元/吨

4 工艺特点

(1)RO对原水的含盐量适应性强,由于对原水进行预除盐97%,终端出水水质稳定,品质较好。RO膜技术发展应用至今,生产工艺已非常成熟,进口RO膜元件可稳定运行5年以上

(2)IE运行周期受到原水含盐量变化影响很大,为延长运行周期,往往需要增加大量的IE设备。工艺占地面积大,运行管理不方便。

5 其他内容

(1)RO用水率约97%,即有25%的水量作为工艺耗水,但此水与IE的酸碱废水有本质区别,此水只是含盐量高,而水体外关与原水相同,可以作为反冲洗和锅炉冲灰等用水。

(2)IE用水率约85-90%,工艺耗水基本是酸碱废水,无法利用

三、反渗透设备与离子交换设备的优缺点

*预处理要求简单、工艺成熟,出水水质稳定、设备初期投入低;

*由于制水原理类同于用酸碱置换水中离子,所以在原水低含盐量的应用区域运行成本较低。

◇由于离子交换床阀门众多,操作复杂烦琐;

◇离子交换法自动化操作难度大,投资高;

◇需要酸碱再生,再生废水必须经处理合格后排放,存在环境污染隐患;

◇细菌易在床层中繁殖,且离子交换树脂会长期向纯水中渗溶有机物

◇在含盐量高的区域,运行成本高

*反渗透技术是当今较先进、稳定、有效的除盐技术;

*与传统的水处理技术相比,膜技术具有工艺简单、操作方便、易于自动控制、无污染、运行成本低等优点,特别是几种膜技术的配合使用,再辅之经其他水处理工艺,如石英砂、活性炭吸附、脱气、离子交换、UV杀菌等

*原水含盐量较高时对运行成本影响不大

* 连续运行,产品水水质稳定

* 无须用酸碱再生

* 不会因再生而停机

* 节省了反冲和清洗用水

* 以高产率产生超纯水(产率可以高达95%)

* 无再生污水,不须污水处理设施

* 无须酸碱储备和酸碱稀释运送设施

* 减小车间建筑面积

* 使用安全可靠,避免工人接触酸碱

* 减低运行及维修成本

* 安装简单、安装费用低廉

◇预处理要求较高、初期投资较大

四、案例分析

本文以地下水为原水,生产250m3/h除盐水(5MΩ.cm)为例,就离子交换和反渗透两种处理方法在工艺、占地方面、和运行成本作简要比较。

1.工艺比较

1.1离子交换法

原水首先进入无阀滤池进行预处理直流入过滤水槽,再通过过滤水泵送水至阳床上部,在床中与强酸阳树脂接触,树脂将Ca2 、Mg2 、Na 、K 、等阳离子从水中置换到树脂上,除去阳离子后的水从塔下流出并送入脱CO2塔上部,在塔内与塑料多面空心球接触形成水膜, HCO3-很快分解成CO2和H2O,通过风机将CO2从塔顶吹除,从而大大减轻阴床的负荷。脱除CO2的水进入中间水池,中间水泵将水送入阴床,在床中与强碱阴树脂接触,树脂将水中SO42-、Cl-、NO3-等阴离子置换到树脂上,水中的阴离子被除去。经一级除盐后的水再进入混床除去少量残存阳、阴离子和SiO3,经混床处理制得合格的的除盐水。

交换过程中,阳床、阴床和混床因交换剂饱合而失效,这时由再生系统对阳床、阴床和混床进行再生。再生结束进入下一周期,再生废水经处理合格后外排。

A.预处理

B.预除盐

阳床: 经阳床交换后,原水中98%的阳离子将被除掉,而变成软水,阳床出水呈酸性。阳床运行周期一般设计为24-48小时,若要更长时间,则设备和树脂将增大,不经济。在运行周期内一般要设计小反洗,避免水流将树脂层压实,而影响树脂交换能力。失效后的阳树脂可以用盐酸或硫酸进行再生,本例以盐酸为再生剂。

上述过程为一级除盐水,它的电导率<10μs/cm,SiO2<0.2mg/l,能满足中压锅炉给水要求。但是若需更高品质除盐水,就得在一级除盐水的基础上进行深化处理。

C.精除盐

混床:离子交换法精除盐的方法有二级除盐、多级除盐及混床除盐。常用的经济有效的方法是混床除盐。经混床处理过的除盐水,它的电导率<0.2μs/cm,SiO2<0.01mg/l。混床失效后,需用酸碱同时对阳、阴树脂进行再生。

D.废水处理

E.再生系统

酸、碱贮槽和计量泵及混合器共同完成再生过程供液、计量的作用。 整个工艺过程比较烦琐的是阳床、阴床和混床再生时要多次倒换阀门,而且一般每天或间隔一天就需再生,所以操作难度大,通常须配置经验丰富的操作人员。若采用自动控制,则控制点多、阀门要求高,投资很大。同时酸碱耗量大,再生废水也多。另外由于树脂对非极性的大分子没有去除能力,所以制水过程中可能会出现细菌殖生。

1.2反渗法

2)流程简介

原水经原水泵送到石英砂过滤器降低浊度,在活性炭过器中降低COD,胶体及有机大分子的含量。活性炭出水再送至保安过滤器进行最后的预处理,使原水SDI<5mg/l,满足反渗透(RO)主机的进水要求。经保安过滤器后的合格水由高压泵送至RO主机反渗透进行除盐处理。反渗透膜截留下的有机物、胶体和盐无机盐由浓水侧直接排掉,不会给环境造成污染。产品水由膜清水侧送出至脱碳塔,除去渗透至清水的二氧化碳气体。脱气后的一级除盐水送至混床进行最后的精除盐。由于膜的运行与温度有关,在温度低时会降低产水量,所以在冬季原水须由加热器加热至25℃左右。另外反渗透膜运行4-8月需进行一次化学清洗,以保证膜的透水量。

预处理

反渗透的预处理要求比离子交换法严格,主要目的是解决如下问题

(1) 防止反渗透膜面结垢(包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、铁、铝氧化物等在膜面沉积);

(2)防止胶体物质及悬浮固体微粒污堵;

(3)防止有机物的污堵;

(4)防止氧化性物质对膜的氧化破坏;

(5)保证进水水温,保持反渗透装置产水量稳定。

该过程主要包括加热器、加药装置、多介质过滤器、活性炭过滤器、保安滤器等设备。

由于反渗透装置产水量随水温变化较大(一般温度每变化一度,反渗透膜元件产水量变化2.5%),因而为保证冬季系统供水量,本工艺配置一台换热器。

配制石英砂过滤器,用于截留水中的悬浮物和胶体杂质,降低反渗透进水浊度,过滤器一般出水浊度≤1NTU。当出水大于1NTU或进出口压差大二0.01Mpa,过滤器需进行反洗。所以反洗周期及反洗时间视原水浊度而定。反洗时在进水同时送入压缩空气,擦洗滤料。

滤器内装填净水专用颗粒活性炭,用于吸附水中余氯和有机物,降低进水COD含量,活性碳过滤器出水的余氯(PPm)<0.1。活性炭过滤器反洗以设备运行时间(或压差)来控制反冲洗周期。

为防止硬度离子及胶体等杂质在反渗透膜面上结垢,特在反渗透装置进水中添加阻垢剂,加药量一般为3~4 mg/l,具体由进水水质决定。

反渗透装置前配置保安过滤器,以防止颗粒进入高压泵及RO膜组件,损伤高压泵部件和划伤反渗透膜表面.保安过滤器滤芯采用外层精度为10μm,内层精度为3-5μm;这样不仅提高了过滤精度,还提高了滤芯使用寿命。因为普通滤芯为均一精度,在外表层堵塞后,就需更换;由于内外层精度不一,对进水不同粒径的大小粒子进行分层截留,充分利用了滤芯的内外表层,提高了粒子的截留效果。在正常工作条件下,滤芯可维持6-8个月以上的使用寿命,比普通滤芯寿命提高50%。当过滤器进出口压差达到1.0Kg/cm2时需更换滤器内滤芯。

以上预处理也可采用超滤(UF)等其它膜法处理方式。

高压泵是反渗透膜实现物理分离过程的动力源,目前低压膜的运行压力在1.5Mpa以内。

清洗水箱→清洗泵→清洗过滤器→反渗透装置

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由于反渗透对二氧化碳等气体去除率低,所在在RO的产品水送到脱碳器是必要的,这样可大大提高混床的使用周期。当然脱二氧化碳也可以脱气膜来实现。

精除盐

反渗透产水经混床内阳阴树脂进一步脱盐,去除残存的离子,出水电导率≤0.2μs/cm,SiO2<0.01mg/l。混床运行周期长,所以一般设置为手动再生。再生废水也较少。  目前实现精除盐过程还可以选用EDI技术,该技术可实现完全无再生废水产生,因此市场前看好,但是由于预期投入较大,所以在国内应用实例不多。

反渗透法制取除盐水是一个物理过程,所以比离子交换法环保。同时处理过程简单,易操作,自动程度化高,人工干预量小。同时系统的管理与维护简单。

反渗透(RO)主机是一级除盐的心脏部分,由渗透膜、膜壳和辅助阀门和仪器组成。反渗透膜已发展到超低压、低污染的复合膜,单根膜脱盐率达99.5%。在RO装置运行期间,设间断自动快冲冲洗。在RO装置停运时,用产品水自动冲洗,挤排膜和不锈钢管道中的高TDS残水,使停运膜完全浸泡在淡水中,可以防止膜的自然渗透造成的膜损伤,去污除垢,使装置和RO膜得到有效保养。经反渗透处理,原水中绝大部分无机盐、有机物、微生物、细菌被截留。经反渗透处理的产品水可达到电导率<10μs/cm,SiO2<0.2mg/l。

在长期运行过程中,反渗透膜面上总会日积月累水中存在的各种污染物。从而使装置的性能(产水量和脱盐率)下降,组件进、出口压差升高。为此,除日常启停装置前,进行低压冲洗外,还需进行定期化学清洗。