[摘要]  針對金陵石化公司化工一廠(chǎng)供水車(chē)間反滲透除鹽裝置運行兩年來(lái)系統存在的缺陷，造成系統性能下降的問(wèn)題，進(jìn)行技術(shù)分析，并結合系統擴容進(jìn)行了技術(shù)改造，取得了明顯效果。
[關(guān)鍵詞] 反滲透；技術(shù)改造；運行周期

反滲透除鹽水處理工藝采用無(wú)相變的物理方法，它在諸多方面具有傳統的水處理方法所沒(méi)有的特點(diǎn)：其系統簡(jiǎn)單，操作方便，運行費用低，不耗酸、堿，相應的腐蝕和環(huán)境污染問(wèn)題也少；產(chǎn)品水水質(zhì)穩定，無(wú)忽高忽低的波動(dòng)，對二級混床的正常運行極為有利。

一：砂濾器濾料改進(jìn)去除鐵離子
從近二年來(lái)的分析數據來(lái)看，由于原水中鐵離子的含量受長(cháng)江汛期及水廠(chǎng)加藥平穩率的影響，忽高忽低，含鐵量最高可達0.60ppm。而膜供應商對卷式復合膜的進(jìn)水水質(zhì)要求：含鐵量最大值為0.10ppm。故本次改造中，在原砂濾器中補加了400mm高度，粒徑為0.5-0.6mm的優(yōu)質(zhì)天然錳砂。
天然水中的鐵離子有二價(jià)鐵和三價(jià)鐵兩種形態(tài)，由于Fe²⁺具有較強的還原性，極易被氧化為Fe^3+_，Fe³⁺在水中發(fā)生水解反應，生成難溶化合物Fe(OH)₃膠體，堵塞膜元件的水通道。天然錳砂的主要成分是二氧化錳，它是二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵良好的催化劑。只要水中PH值大于5.5時(shí)，與錳砂接觸即可將Fe²⁺氧化成Fe^3+，反應如下：
4MnO₂ + 3O₂ = 2Mn₂O₇
Mn₂O₇+ 6 Fe²⁺ + 3H₂O = 2MnO₂+ 6 Fe³⁺ +OH^-
生成的Fe³⁺立即水解生成絮狀氫氧化鐵沉淀，Fe(OH)₃沉淀物經(jīng)錳砂過(guò)濾后被除去，因此，錳砂濾層起著(zhù)催化和過(guò)濾的雙重作用。從改造完成后的運行分析數據來(lái)看，砂濾器出口鐵含量可以控制在<0.04ppm以下，滿(mǎn)足了RO膜元件的進(jìn)水要求。

二：超濾器運行方式的改進(jìn)
反滲透進(jìn)水的預處理包括兩個(gè)方面：一是防止懸浮物、膠體和微生物對膜和管道內部的污染與堵塞，另一方面是要防止難溶鹽的沉淀結垢。本次改造，仍按原設計選用山東招遠膜工程設備廠(chǎng)生產(chǎn)的UF-IB9型內壓式中空纖維超濾膜。
超濾屬于壓力驅動(dòng)型膜分離技術(shù)。在壓差為驅動(dòng)力的作用下，溶液中的溶劑（水）和小溶質(zhì)粒子從高壓的料液側透過(guò)膜到低壓側，一般稱(chēng)為濾出液，而大粒徑組分被膜所阻攔，從而在濾剩液中濃度增大。超濾膜分離過(guò)程中，隨著(zhù)流速到達膜表面的溶質(zhì)，由于受到膜的截留而積累，使得膜表面溶質(zhì)濃度逐步高于料液主體濃度。超濾過(guò)程中主要障礙是濃差極化和膜污染，通常情況下超濾滲透量的大小隨著(zhù)溫度和進(jìn)料速度的升高而增加，但隨著(zhù)進(jìn)料濃度的增加而下降。眾所周知，濃差極化是超濾過(guò)程中不可避免的結果，為了控制濃差極化減輕污染，增加超濾通量。本次改造過(guò)程中，保留了原設計中的二臺低壓循環(huán)泵，同時(shí)將原水管網(wǎng)直接與原水泵吸入口連接，提高原水泵的輸出揚程，用以提高超濾器的進(jìn)水流速，增大膜面水流速。用于消除一部分濃差極化層，使被截面的溶質(zhì)及時(shí)被水流帶走，進(jìn)一步降低濃差極化層的厚度，提高超濾器的滲透通量。
另外，本次改造對UF組件的運行方式也加以改進(jìn)，在原反沖洗的基礎上，增加了UF膜面自動(dòng)快速沖洗工藝，進(jìn)一步降低了UF膜元件化學(xué)清洗頻率。

三：反滲透除鹽系統的改進(jìn)
1、背壓法均衡系統水通量分布
反滲透是一種壓力梯度為動(dòng)力的膜分離過(guò)程，是自然滲透的逆過(guò)程，給水壓力升高使膜的水通量增大，但壓力升高并不影響鹽透過(guò)量。在鹽透過(guò)量不變的情況下，水通量增大將使產(chǎn)品水中的含鹽量下降。
由于本裝置采用UF組件作為反滲透除鹽裝置的預處理，故UF透過(guò)水SDI值較低，可以在較高的水通量下運行。
在相同的水通量下，系統的純驅動(dòng)壓力將產(chǎn)生很大梯度，即進(jìn)水端純驅動(dòng)壓力很高，而濃水端純驅動(dòng)壓力降至很低。這主要是由于膜元件的摩擦損失造成濃水的滲透高于濃水壓力。因此，前端膜元件將在高水通量和高回收率狀態(tài)下運行，而末端膜元件產(chǎn)出含鹽量較高的少量淡水，在這樣的條件下，前端膜元件的濃差極化嚴重，對產(chǎn)品水的含鹽量造成不良影響，還可能加速膜的污堵速度。
原設計RO膜元件按5×3排列時(shí)，第一段的膜元件占全部的62.5%，而產(chǎn)水量卻占全部的85%，即34.0t/h。本次改造時(shí)重新進(jìn)行系統設計，調整全系統參數，將原5×3排列拆分為二套3×1排列并聯(lián)方式運行，同時(shí)對于多段系統可能產(chǎn)生極端的水通量分析，在一段產(chǎn)品水出口和二段產(chǎn)品水出口之間加裝壓力表，手動(dòng)調節閥，以平衡一、二段產(chǎn)品水水量。通過(guò)增加產(chǎn)品水背壓來(lái)調整每段的運行參數，修正多段系統中的這種極端水通量分布。在實(shí)際運行過(guò)程中，所需增加的段間壓力相對較小，只需在第一段產(chǎn)水上加約0.02Mpa的背壓，即可改進(jìn)淡水水通量分布，使其達到規定的75%比25%的產(chǎn)水分布，產(chǎn)品水的水質(zhì)也得以改善，目前為止RO系統脫鹽率為98.6%。
2、調整RO給水PH值，去除游離CO₂
由膜元件的特性決定了水中的溶解氣體如CO₂透過(guò)率幾乎為100%，HCO₃^-的透過(guò)率隨著(zhù)PH值的升高而降低。
從碳酸的電離度與水中PH值的關(guān)系中可以看出，水中的重碳酸鹽是不穩定的，它可以HCO₃^-、CO₃^2-以及CO₂+H₂CO^₃三種形式存在。當PH約為8.3時(shí)溶液中幾乎只含有HCO₃^-。針對上述情況，本次改造在RO膜保安過(guò)濾器前，除添加NaHSO₃還原劑和AF200ul阻垢劑外，同時(shí)添加NaOH調整反滲透給水PH值至8.2-8.3間，使反滲透能去除游離CO2最大程度地提高反滲透的脫鹽率，最終提高混床的定收量。同時(shí)取消原設計中的RO產(chǎn)品水水箱，RO產(chǎn)品水直接進(jìn)一級除鹽水箱，并在中間頂部加裝復式液堿呼吸器，以防止大氣中的CO2等氣體對RO產(chǎn)品水的二次污染，減輕混床離子交換的負擔。
3、 增加RO停車(chē)純水沖洗工藝
利用正滲透作用也是一種沖洗方法。當RO系統停車(chē)時(shí)，引入混床出口的純水來(lái)置換、沖洗膜面，由于混床出口的純水含鹽量遠低于RO產(chǎn)品水，故能使RO產(chǎn)品水側的產(chǎn)品水在停車(chē)后開(kāi)始透過(guò)膜向低濃度純水側移動(dòng)，由于水的移動(dòng)而使侵入膜內細孔吸附在膜表面的污染物變成容易去除的狀態(tài)，在流動(dòng)狀態(tài)下可以減少膜面的濃差極化現象，減少膜面的污染。
4、 選用抗污染膜
雖然，給水進(jìn)行預處理的目的是為了減少RO膜面的污染，但由于給水預處理工況紊亂、給水成分改變等原因，特別是用地表水做原水，水中的細菌及微生物，仍然會(huì )導致RO膜面產(chǎn)生污堵現象，從而引起系統產(chǎn)水量下降，壓差增加引起能耗增加，縮短膜元件的使用壽命。
結合本次改造我們選用了美國DOW公司FILMTEC BW30-365FR抗污染膜，該元件采用了FILMTEC“增加膜片數，縮短膜片長(cháng)”的獨特結構及膜表面光潔度比普通膜元件提高40％的特點(diǎn)。據相關(guān)資料介紹，該膜元件具有：①最優(yōu)的給水通道設計：給水通道中水呈高度穿紊流狀態(tài)，減少濃差極化，減少污染物在膜面上的沉積；②寬的給水通道，提高了膜的可清晰性；③膜片有很強的穩定性，是一種本身具備強抗污染性能的膜元件。
自2001年7月25日改造結束投運后的數據來(lái)看（具體數據見(jiàn)附表）：
1．抗污染膜的污堵速度小，給水阻力較小，能耗低；
2．減少了化學(xué)清洗的次數，延長(cháng)了膜元件的使用壽命（自投用至今已11個(gè)月RO膜元件尚未進(jìn)行化學(xué)清洗，而換膜前的清洗周期為50天）
3．系統脫鹽率相對穩定（98％）

五：混床恒流速運行，提高定收量
在原設計中，RO產(chǎn)品水經(jīng)Ф1500混床直接送至下游用戶(hù)。由于下游用戶(hù)的用水量是在不斷變化的，故造成混床的運行流速忽高忽低。
在樹(shù)脂層高度一定、進(jìn)水總離子含量一定、混床出水指標一定的情況下，影響離子交換裝置運行的主要因素是運行流速的變化。流速過(guò)低時(shí)，樹(shù)脂表面液膜較厚，水流成滯流狀態(tài)，水中離子不易交換，使出水水質(zhì)較差；適當提高流速，加快了離子擴散速度，增加了離子交換的可能性，出水水質(zhì)也相應得到了提高。但是，流速過(guò)高，接觸時(shí)間短，交換反應進(jìn)行不完全；同時(shí)工作層厚度增加，這將造成出水水質(zhì)惡化和樹(shù)脂工作交換容量降低。
本次改造，利用原有管架管位，加裝回流管線(xiàn)，配循環(huán)自動(dòng)調節閥，回水進(jìn)除鹽水箱，使混床運行流速保持在30-40m/h的范圍。與改造前相比，混床的定收量可由改造前的3600-4000噸提高至8000噸左右。

六：結論
通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，系統運行效果明顯增強。改造前后情況具體總結如下表：

鐵離子 進(jìn)水鐵離子含量遠高于要求（<0.1ppm）,最高達0.60ppm,從而造成膜元件通道堵塞。 在原砂濾器中補加了400mm高度，粒徑為0.5-0.6mm的優(yōu)質(zhì)天然錳砂。 進(jìn)水鐵含量控制在<0.04ppm以下，滿(mǎn)足了膜元件進(jìn)水要求。
超濾器濃差極化及膜污染 存在濃差極化及膜污染現象 將原水管網(wǎng)直接與原水泵吸入口連接，提高原水泵的輸出揚程，用以提高超濾器的進(jìn)水流速，增大膜面水流速。 消除了濃差極化及膜污染現象，提高了超濾器的滲透通量。降低了UF膜元件的化學(xué)清洗頻率。
淡水出水比例不均 原設計RO膜元件按5×3排列時(shí)，第一段的膜元件占全部的62.5%，而產(chǎn)水量卻占全部的85%，淡水出水比例不均，造成濃差極化。 將原5×3排列拆分為二套3×1排列并聯(lián)方式運行，在一段產(chǎn)品水出口和二段產(chǎn)品水出口之間加裝壓力表，手動(dòng)調節閥。 淡水水通量分布達到規定的75%比25%的產(chǎn)水分布，產(chǎn)品水的水質(zhì)也得以改善，目前RO系統脫鹽率為98.6%。
反滲透膜清洗周期太短，膜污染嚴重 系統清洗周期為50天 將普通的反滲透膜   BW30－365更換成抗污染的BW30－365FR 目前系統已連續運行12個(gè)月，尚無(wú)需要清洗的跡象。
RO停車(chē)純水沖洗工藝 無(wú) 利用正滲透作用，在RO系統停車(chē)時(shí)，引入混床出口的純水來(lái)沖洗膜面 使侵入膜內細孔吸附在膜表面的污染物變成容易去除的狀態(tài)，在流動(dòng)狀態(tài)下可以減少膜面的濃差極化現象。減少膜面的污染。
混床流速不穩定 由于下游用戶(hù)的用水量是在不斷變化的，故造成混床的運行流速忽高忽低�；齑捕ㄊ樟�3600-4000噸。 加裝回流管線(xiàn)，配循環(huán)自動(dòng)調節閥，回水進(jìn)除鹽水箱。 使混床運行流速保持在30~40m/h的范圍�；齑捕ㄊ樟刻岣咧�7000噸。

主要參考文獻：
1、邵剛編著(zhù) 《膜法水處理技術(shù)》 冶金工業(yè)出版社 2000年
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3、美國DOW公司 Filmtec Membranes Technical Manual 1995
4、孫元松 徐福權編  《電廠(chǎng)化學(xué)技術(shù)問(wèn)答》  冶金工業(yè)出版社  1998年