超滤和反渗透在电厂中水回用技术中的应用研究

Posted 2023-01-12 超滤

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城市中排出的污水或生产生活污水经过相关处理之后达到一定的水质标准，并且可以在一定范围内重复使用的非饮用杂用水被称为中水。虽然中水回用水处理技术在我国有着极其广阔的应用前景，但是在目前的实际生产过程中中水回用技术仍然存在一些技术上的问题，因此，给实际应用造成了影响。本文通过实际举例并总结出中水回用技术在实际中的应用。
我国是一个水资源严重缺乏的国家，如何充分利用水资源以及实现水资源的循环利用已经成为我国面临的重要问题。在实际生产过程中，中水回用在技术上仍然存在一些问题，通过反复进行实验后发现超滤和反渗透的应用可以有效地提高中水回用技术的整体水平。
一、基本情况
以某厂为例，此厂的中水具体指循环冷却水的排污水，排污水是由矿井涌水进行2 倍浓缩之后而形成的，因此，此厂为了减少水耗，通过使用循环水系统排污水作为生理脱盐水的原水，并对此做了工程方案的论证。规模的设计：循环水最大的排污水量为每小时500 立方米、一级除盐水设计能力为每小时250 立方米、二级除盐水设计能力为每小时220 立方米。产水水质指标：SiO2≤0.02mg / L，电导率≤0.3μS / cm。制定了两个方案：①循环水排污水、多介质过滤器、超滤装置、超滤水箱、一级反渗透、二级反渗透、脱碳塔、混床、除盐水箱、除盐水泵、电厂除氧器。②循环水排污水、多介质过滤器、超滤装置、超滤水箱、一级反渗透、脱碳塔、中间水箱、阳床、阴床、混床、除盐水箱、除盐水泵、电厂除氧器。此厂的技术人员在经过重复试验之后发现，循环水排污水在经过一级反渗透处理之后，含盐质量的浓度仍然很高，如果选择使用离子交换工艺，将会造成酸碱的消耗量增大，从而无法体现反渗透技术减少环境污染以及运行成本的作用。进行技术经济比较可以看出，方案①比方案②能在每吨水上节约0.58 元的成本。因此，选择方案①的水处理工艺较为合适。
二、反渗透装置的选择
我国在很早之前就开始使用反渗透装置，最先应用于生物制药行业。随着近年来我国水预处理技术的不断发展以及超滤技术的广泛使用，在很大程度上提高了反渗透技术在电厂水处理、污水处理以及化工生产中的应用效果。在目前水处理中被广泛应用的反渗透装置一般为卷式结构，在实际运行过程中，超滤来水先进入膜壳，再经过反渗透膜产水，最后流进中心管中。在实际操作过程中，必须对反渗透的产水率进行严格控制，因为并非产水率越高就越好，产水率过高会容易造成浓差极化。导致浓差极化产生的原因是多样化的，并不只是由于产水率过高而引起的，膜的水通量较大也会产生浓差极化。浓差极化的出现会导致盐透过量增大以及产水能耗的增加，从而大大降低了膜性能。根据此厂的水质情况，原本将一级反渗透产水率设定为70%，但是由于此厂的水质中SO42-离子含量偏高，从而容易在膜表面形成CaSO4 等难溶盐，因此，为了避免浓差极化情况的产生，对事先设定的产水率进行了调整，最后设定为65%，这个产水率是根据膜生产厂家的设计导则进行计算出来的。要根据这个产水率找到一种阻垢剂，如果在使用这种阻垢剂之后能使浓水的兰格利尔指数≤1，就表示浓水侧不会产水浓差极化的情况。因此，确定产水率最重要的前提条件是必须在这个产水率下找到可以使浓水的兰格利尔指数≤1 的阻垢剂。一级渗透一般使用两段布置，当浓水排放后，产水流入二级反渗透，而二级反渗透一般使用三段布置，目的则为了提高产水率，当浓水进入超滤水箱时，产水流进混床。由于此厂的原水中含有较高的HCO3-，通过循环水冷却塔后，使水中溶解的CO2 脱离水体，从而有效减少了原水中HCO3-含量。此外，可以使用NaOH 除碳，而不会对pH 和产水电导率产水影响，因此，可以取消脱碳塔。让二级反渗透水直接进入混床，通过混床的再生功能出水，最后进入除盐水箱。
三、预处理装置的选择
超滤工艺和多介质过滤器的结合形成了一种较为稳定的预处理工艺，在实际使用过程中可以将出水SDI 值控制在3 以内，可以对反渗透进行有效地保护。由于此厂的水质中含有较高的溶解固形物，且硬度较高，而且循环水排污水的水质较差以及细菌、悬浮物、有机物的含量较高。因此，必须在循环水排污水中加入絮凝剂，然后使用多介质过滤器进行过滤，能有效地去除水中胶体微粒、有机物以及悬浮固体，从而有效地提高了后续超滤的膜通量，以确保超滤系统安全稳定的运行。超滤膜只能发挥物力过滤的作用，其结构为中空纤维。超滤膜分为内压式和外压式，内压式使用的材料是聚醚砜，外压式使用的材料则是聚偏二氟乙烯。内压式超滤膜和外压式超滤膜都具备各自的特点。内压式结构中由于原水通过中空纤维丝芯管流入，经过膜壳收集后形成产水，因此，必须严格按照规定进行原水的预处理工作，避免污染物堵住中空纤维的芯管。要加大对水预处理的投资，内压式的反洗水量应该占超滤水量的十分之一。相反，外压式结构对进超滤前的给水预处理没有很高的要求，并且不会造成中空纤维丝芯管被污染物堵死。在反洗的过程中要通入压缩空气，其目的是为了加大膜的振动，以便抖落污染物。超滤的自用水量会随着压缩空气的通入而减少，外压式的自用水量占超滤产水的5%至7%。通过对两种结构进行比较，循环排污水经过多介质过滤器过滤之后，污染物的含量被大大地减少，并已经达到进超滤的相关标准。因此，超滤可以采用内压式结构。
四、结论
综上所述，经实践表明，反渗透装置和超滤的相结合使中水回用技术的整体水平得到了有效地提高，不但可以用于生活污水处理，还能进行生产污水的处理。其中超滤装置的使用有效地改善了反渗透进水水质，从而确保了反渗透装置快速稳定的运行。