（环境工程专业论文）18000吨日高浓度苦咸用反渗透淡化的研究.pdf

中文摘要 本论文研究课题以“沧化1 8 0 0 0 吨日高浓度苦咸水用反渗透淡化工程”为 契机，对高浓度苦成水用反渗透淡化从四个阶段进行研究，旨在总结大型反渗 透装置在实际应用中的注意事项和运行经验，为今后大型苦咸水及海水淡化装 置的设计运行提供一些参考。 苦咸水淡化工程的工程阶段：采用国内外考察、技术交流、专家咨询的方 法收集国内外海水淡化装置的现状；类比当地的浅层地下水水质情况，并通过 几种淡化方法的经济技术比较，最终确定苦成水淡化采用反渗透法，并完成了 工程设计、施工和安装。 苦成水淡化的调试阶段：根据国内外海水淡化装置的运行情况及设计条件， 确定调试方案，摸索予处理系统的反洗周期、反洗水量和压缩空气用量等相关 技术参数；摸索反渗透系统的进水压力、膜的通量、跨膜压差及清洗周期等基 础资料。 苦成水淡化装置的运行阶段：苦成水淡化装置运行过程中，对水源地的运 行状态、预处理的运行状态及反渗透系统的运行状态进行时时监控，在不影响 生产用水的情况下，充分掌握沧化苦成水淡化装置的运行规律。 苦咸水淡化产品水的应用：苦成水淡化产品水主要用于生产用水，大致包 括两部分：循环水补充水和热电厂化水车间用水。由于该产品水含盐量较低， 提高了循环水的浓缩倍数和化水车间的效率。完全替代了深层地下水，减少了 生产用水量。为企业的长足发展提供了稳定的水源。 该项目的建设和运行对于国内外海水和苦咸水淡化的应用具有一定的指导 意义。 关键词：苦咸水，淡化装置；调试；运行；苦成水产品水 a b s t r a c t b a s e do nt h ep r o j e c to f “18 0 0 0 t dh i g h d e n s i t ys a l tw a t e rr e v e r s eo s m o s i s d e s a l i n a t i o n , t h et h e s i sa n a l y s e st h ef o u rp r r i o d so ft h er e v e r s eo s m o s i sd e s a l i n a t i o n o f1 1 i g h - c o n s i s t e n c ys a l tw a t e ra n ds u m su pt h er u n n i n ge x p e r i e n c ea n dm a t t e r s n e e d i n ga t t e n t i o n i nt h e a p p l i c a t i o no ft h el a r g e r e v e r s eo s m o s i sd e s a l i n a t i o n u n i t s ，h o p i n gt op r o v i d es o m er e f e r e n c ef o rt h el a t e rd e s i g na n do p e r a t i o no fs u c h u n i t s t h ee n g i n e e r i n gp e r i o do fd e s a l i n a t i o n ：c o l l e c ti n f o r m a t i o na b o u tt h ee x i s t i n g s t a t eo ft h ed e s a l i n a t i o nu n i t st h o u t hi n v e s t i g a t i o n ，t e c h n o l o g y e x c h a n g ea n d c o n s u l t a t i o n ，a n a l y s et h ew a t e rq u a l i t yo fl o c a ls h a l l o wg r o u n d w a t e r , c o m p a r et h e s e v e r a ld i f f e r e n td e s a l i n a t i o nm e t h o d s ，a tl a s td e c i d et oa d o p tt h er e v e r s eo s m o s i s m e t h o d s ，a n dc o m p l e t ee n g i n e e r i n gd e s i g n 、c o n s t r u c t i o n 、i n s t a l l a t i o n t h et e s t i n gp e r i o do fd e s a l i n a t i o n ：m a k et h et e s t i n gp l a no nt h eb a s i so ft h e o p e r a t i o ns t a t ea n dd e s i g nc o n d i t i o no fo t h e rd e s a l i n a t i o nu n i t s ，t r yt o c o l l e c tt h e t e c h n i c a ld a t ao fp r e t r e a t m e n ts y s t e ms u c ha st h ec i r c l eo fr e v e r s ew a s h i n g ，w a t e r u s u a g ef o rr e v e r s ew a s h i n ga n dc o m p r e s s e da i ru s a g e ，e t c a n db a s i cd a t ao fr e v e r s e o s m o s i ss y s t e ms u c ha sf e e d i n gw a t e rp r e s s u r e ，m e m b r a n ef l u x , p r e s s u r ea c r o s st h e m e m b r a n ea n d w a s h i n g c i r c l ee t c t h eo p e r a t i o np e r i o do fd e s a l i n a t i o n ：m o n i t o rt h eo p e r a t i o ns t a t eo fs a l tw a t e r r e s o u r c e ，p r e t r e a t m e n ts y s t e ma n dr e v e r s eo s m o s i ss y s t e mt om a s t e rt h eo p e r a t i o n p a a e mo f t h eu n i ti nt h ec a n g z h o uc h e m i c a li n d u s t r yc o m p a n y t h ea p p l i c a t i o no ft h ed e s a l i n a t i o nw a t e r ：t h ed e s a l i n a t e dw a t e ri sm a i n l yu s e df o r t h ep u r p o s eo f p r o d u c t i o n o n ep a r ti sf o rt h em a k i n g u pf o rt h ec i r c u l a t i n gw a t e r , a n d t h eo t h e rp a r tf o rt h eu s a g eo ft h ec h e m i c a lw a t e rw o r k s h o pi nt h eh e a ta n dp o w e r p l a n t b e c a u s et h el o wc o n t e n to fs a l tc a ni n c r e a s et h e c o n c e n t r a t i o no f 也ec i r c u l a t i o n w a t e ra n dt h ee f f i c i e n c yo ft h ec h e m i c a lw a t e rw o r k s h o p ，t h ed e s a l i n a t e dw a t e rc a n r e p l a c et h ed e e pg r o u n dw a t e r , r e d u c et h ew a t e ru s a g ei np r o d u c t i o n ，a n dp r o v i d e s t a b l er e s o u r c ef o rt h ed e v e l o p m e n to ft h ee n t e r p r i s e t h eb u i l d i n ga n do p e r a t i n go ft h i sp r o je c tc a np r o v i d ei n s t r u c t i o nf o rt h e d o m e s t i ca p p l i c a t i o no fs a l tw a t e ra n ds e a w a t e rd e s a l i n a t i o n k e yw o r d s ：d e s a l i n a t i o nu n i tf o rs a l tw a t e r , t e s t i n go f s a l tw a t e rd e s a l i n a t i o n ，o p e r a t i o n o fs a l tw a t e rd e s a l i n a t i o n ，a p p l i c a t i o no fd e s a l i n a t e dw a t e r k e yw o r d s ：b r a c k i s hw a t e r ；d e s a l i n a t e dw a t e r ；c o m m i s s i o n i n g ： o p e r a t i o n ； b r a c k i s hw a t e rp r o d u c t s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作和取得的研究 成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得鑫盗苤堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者繇书 签字日期：年月 学位论文版权使用授权书 本学位论作者完全了解 丕鲞垄堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权 叁鲞蠢堂可以将学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，并采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅或借阅。同意学校向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位做作者虢书毕书 签字日期：年月日 导师签 签字日期：年月日 第一章项目背景 第一章项目背景 1 1 世界及中国水资源状况 水是生命的摇篮，是人类赖以生存和生产不可缺少的基本物质，是地球上不 可替代的宝贵的基础自然资源，是生态环境的控制性要素之一，同时也是战略性 的经济资源。现在，水资源匮乏正日益影响全球的经济发展与生态环境，甚至可 能导致国家和地区间的冲突，联合国有关机构指出，“世界上在石油危机之后的 下一个危机便是水的危机 。缺水问题是一个世界性问题。全球的水总储量为 1 3 8 6 亿k m 3 ，其中只有约2 5 3 分布在陆地上。其中多储存于冰川和7 5 0m 深 度以上的地下，而可取用的河水、湖水及浅层地下水等仅占0 2 左右，这里还 包括相当一大部分的苦咸水。 我国水资源总量为2 8 万亿m 3 ，虽居世界第六位，但人均水资源只有2 2 2 0 m 3 ， 为世界人均的四分之一”l 。另外，我国水资源在地域分布上很不均匀，特别是北 方地区，几乎所有城市都严重缺水。由于人口的增长，经济的持续发展和人民生 活水平的提高，对水的需求量越来越大，对水质的要求越来越高，而水资源的严 重污染，使本来紧张的水资源的供需矛盾更加尖锐化。沿海地区1 4 个开放城市， 有9 个淡水供应不足，城市人均水平大部分少于5 0 0m 3 年，个别城市竟少于2 0 0 m 3 年，远远低于国际公认1 0 0 0m 3 年的严重缺水标准一l 。我国城市的水资源短缺 问题严重制约了地区经济和社会的发展。然而沿海地区的苦成水资源却非常丰 富。因此，设计开发新型给水技术，利用苦咸水缓解水危机，为社会和城乡人民 提供安全、可靠、卫生的生产、生活用水，是当前国内外给水领域的一个重大课 题。 1 2 沧化集团生产用水现状 1 8 0 0 0 盹日苦成水淡化项目是河北沧州化工实业集团有限公司( 以下简称沧 化) 于2 0 0 0 年建成，当时亚洲最大规模的反渗透高浓度苦咸水淡化项目。该项目建 于沧州黄骅市东中捷盐场的沧化集团沧井公司院内，距黄骅港1 5 公里。本地区 淡水资源匮乏，年人均水资源量仅为全国年人均的8 。黄骅靠近渤海，淡水资 源更加缺乏，供应紧张，严重制约了工农业的发展。当地居民也常年饮用含盐量 超标的苦成水。经水文地质部门勘测，该地区5 0m 至2 5 0m 浅层地下水储量 丰富，含盐量约在3 0 0 0 - - 3 0 0 0 0m g m 之间，工农业生产无法直接使用该层水源。 第一章项目背景 但该层水源能够得到降水等形式的有效补充。该地区可开采直接使用的淡水是 4 0 0 - - 7 5 0m 左右的深层地下水，含盐量约1 4 0 0 m g l 。深层地下水是枯竭性资源， 过渡开采可引起海水倒灌，严重破坏当地的水文地质环境。建厂之初，沧井公司 生产用水使用深层地下水，用水量7 5 0 m 3 h 。由于厂址临近海边，海水和苦成水 丰富，所以，海水淡化和苦咸水淡化就成为了最先选择。苦咸水淡化和海水淡化 相比，苦咸水淡化的投资和运行成本更低。苦咸水的水质要比海水好很多，海水 中的含盐量、微生物、胶体等含量都大大高于苦成水，并且海水水质很不稳定， 温度随季节变化很大，产水率大大低于苦成水。集团公司组织相关人员，经过国 内外调研，最终决定以苦成水淡化来提供沧井公司生产、生活用水，改善生产用 水水质，同时停止开采使用深层地下水。 1 3 多种淡化水技术的比较 目前，国际上实用的海水和苦成水淡化技术有多效蒸发( m e d ) 、电渗析 ( e d ) 、多级闪蒸( m s f ) 、压气蒸馏( v c ) 、反渗透( r o ) 等。与其它技术相比， 反渗透技术要年轻的多，然而它以惊人的速度发展着，其优点是投资费省，能耗 低，占地较少，建设周期短，操作简单运行启动快等特点，并且适用于大规模生 产。近年来，r o 脱盐技术取得了很大进尉鞠。 1 3 1 膜组件的性能提高，价格下降 开发抗氧化、耐细菌侵蚀的新膜以提高膜组件的产水量、脱盐率，这些工作 已取得一定的进展，如美国d o w 公司推出的f i l m t e cb w 3 0 l e - 4 4 0 膜元件， 在约1 0 5 m p a 压力下，产水量4 3 5 m 3 d ，脱盐率大于9 9 ，一个新元件几乎相当 换代前的两倍j 。f l u i ds y s t e m s 公司推出p r e m i u m i t c 新元件，其苦成水和海水 膜的脱盐率分别高达9 9 7 $ f l9 9 8 。膜组件的价格也有很大幅度的下降。1 9 9 0 年膜组件价格，按消费价格指数折算，仅为1 9 7 3 年的4 0 ，1 9 9 0 年至1 9 9 5 年， 膜组件价格又下降了2 5 | ：。 1 3 2 工程投资和运行成本低 不： 在各种淡化法中，r o 法淡化水的成本和投资规模也是比较低的。如下表所 表1 一l 各种淡化法的费用 2 第一章项目背景 方法容量1 9 6 1 年折算到1 9 9 41 9 9 4 年的费用 年 投资费用 ，0 | 良 美元m 3 d美元m s d美元m 3 d m s f3 7 8 55 6 02 6 6 82 11 4 2 6 6 8 高温m e d3 7 8 55 5 22 6 3 12 11 4 2 6 6 8 低温m e d3 7 8 51 0 5 7 1 6 1 2 v c3 7 9 7 5 76 0 82 8 9 61 3 2 1 2 6 4 2 e d9 4 65 2 3 2 4 9 l5 2 8 7 9 3 r o9 4 65 2 8 7 9 3 运行费用 m s d 美元1 1 3 3 d美元m 3 d美元m 3 d m s f3 7 8 50 2 8 51 3 61 5 9 2 1 1 高温m e d3 7 8 5o 3 0 41 4 51 5 9 2 1 l 低温m e d 3 7 8 5 1 0 6 - 1 6 1 e d9 4 60 2 6 41 2 60 2 6 - o 5 2 r o 9 4 60 2 6 0 5 2 注：m s f 多级闪蒸，m e d - - 多效蒸馏，v c 压气蒸馏，e d 电渗析，r o 一 反渗透 ， 从上表可以看出，在投资和运行费用方面，淡化水处理以r o 法和e d 法为 最佳选择。但e d 法占地面积大，运行管理复杂o ? 删。 1 3 3 能耗降低 采用能量回收装置，将从r o 组件排出的高压浓水的压力回收并传递给组件 进水，其转换效率可达8 9 - - 9 6 ，从而使r o 组件提高了利用效率，降低了能耗。 随着r o 膜组件价格和能耗明显降低，使其竞争力越来越大，在全世界淡化 市场所占份额越来越大，1 9 9 5 年，r o 法占了8 8 ：“。有许多的r o 用户，如今 对r o 运行结果都比较满意，最明显的例子是马耳他岛的r o 淡化。马耳他政府 于1 9 8 3 年投资建造2 0 0 0 0m 3 d 的r o 工厂。由于高度的可靠性，开工率大于9 5 。 产水成本相对的较低，致使马耳他政府又投资建造另外三个大型r o 工厂，目前 全岛用水量的6 0 靠r o 法生产。 第一章项目背景 沧化在决定利用苦成水淡化以获取淡水后，对多种淡化技术进行了经济技术 比较：如果用电渗析法脱盐，其能耗指标介于7 o 一1 8 5 k w h 之间，能耗大， 是r o 法的3 倍；如用多级闪蒸淡化，动力消耗大、运转费用高；用技术成熟的 压汽蒸馏，但它的最大产量为3 0 0 0 吨日，需要6 台并联才能达到产水要求，缺 乏规模效益；低温多效蒸馏淡化法虽适用该项目，但设备投资高达1 9 0 0 0 万元， 单位造水成本高h 例。而r o 法具有以上所列特点。故公司选择了用r o 法淡化苦 咸水。 现今的反渗透( r o ) 膜与组件已经相当成熟。目前市场上应用最广泛的是 醋酸纤维素膜( c a ) 和芳香聚酰胺膜。这两种膜各有各的特点，c a 膜透水速度 快、脱盐率高、价格较低、应用广。但容易遭受微生物的侵袭，易水解。聚酰胺 膜有如下特点：1 ) 对二阶和一价离子的脱盐率均较高，对有机物和二氧化硅也 能脱除。2 ) 机械性能、抗压密和抗污染性能比较好。3 ) 有良好的抗化学性能， p h 值稳定范围大。4 ) 耐热性能好。 根据以上综合比较，决定选用r o 法淡化苦咸水，膜组件选用芳香聚酰胺膜 第二章工程概况 第二章工程概况 沧化集团苦咸水淡化系统设计规模为1 8 0 0 0 吨日，该项目占地面积 3 1 6 4 。8 m 2 ，建筑面积2 5 0 2 4m 2 。产品水主要作为循环水补水和热电厂化水车间 锅炉补水使用。该装置分为独立的四套r o 系统，每一套设计出力4 5 0 0 吨日。 项目自1 9 9 8 年6 月调研开始，经过设计、土建、安装、调试、考核、验收等一 系列工作，于2 0 0 0 年底正式交付生产，投入使用。该工程总投资约8 0 0 0 万元， 是目前亚洲最大规模的苦咸水淡化装置，填补了国内大规模、高浓度苦成水淡化 的空白，它的投入使用标志着大规模海水和苦咸水淡化厂在我国的诞生，对反渗 透技术在我国的应用具有里程碑的作用。 2 1 原水水质分析报告 表2 1 原水水质分析表 项目 数据m g l 项目 数据m g l n a 十和k +3 5 0 0 3 2c a 2 + 2 7 2 9 9 f e 3 +o 2 6 m 矿 6 4 0 6 3 n 地+o 1 1m 1 1 o 0 0 c l -6 6 1 8 7 5 h c 0 3 5 7 3 7 6 f - 1 2 5o h 。o 0 0 n 0 3 0 0 7i 。 0 7 4 n 0 2 0 0 0 3 n 0 2 o 6 5 b a 2 +o 2 6s po 1 0 可溶s i 0 2 1 0 3c o d1 8 3 s t ) 一。1 0 7 1 1 8 侵蚀性c 0 2 o 0 0 浊度 5n t u 水温1 6 p h7 5 t d s ( 含盐量) 12 4 0 2 2 5 硫化物o 0 6细菌总数( 个1 4 8 9 m 1 ) 2 2反渗透膜的工作原理 对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透 过溶质的薄膜称之为理想半透膜。当把相同体积的稀溶液( 例如淡水) 和浓溶液 ( 例如盐水) 分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自 发的向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液 面会比稀溶液的液面高出一定程度，即形成一个压差，此压差即为渗透压。渗透 压的大小取决于溶液的固有性质，即与浓溶液的种类、浓度和温度有关，而与半 透膜的性质无关。若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂的流动方 向将与原来的渗透方向相反，开始由浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反 渗透。反渗透是渗透的一种反向迁移活动，是一种在压力驱动下，借助反渗透膜 的选择性截留作用将溶液中的溶剂与溶质分离的方法，它已广泛应用于各种液体 的提纯与浓缩，其中最主要的应用实例就是在水处理工艺中，用反渗透技术将原 水中的无机离子、7 细菌、病毒有机体及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水 川二对于室温下主要含氯化钠的溶液，有一经验规则，即浓度每1 0 0 0 m g l 的渗 透压值为0 0 6 9 m p a l m j 。 2 3反渗透膜的基本公式 2 3 1 水的迁移 通过一半透膜的水迁移速率( 恒温下) 可由下式表征： q w = k w ( p 一 () 式中q w 通过膜的水流动速率； k 。水的膜透过系数； r 膜两侧的水压差； 膜两侧溶液的渗透压差； a 膜表面积 膜厚度 2 3 2 渗透压 渗透压与溶质的浓度、温度及所含离子的类型有关。对稀溶液，渗透压近似 可采用v a n th o f f 公式( l o n s d a l e1 9 8 6 ) ! ： 第二章工程概况 - v i c i r t ( 2 - 2 ) 式中兀渗透压； c 。溶质的摩尔浓度； v 。可离解溶质生成的离子数( 例如，对n a c i ，v 。= 2 ；对b a c l 2 ，v i = 3 ) ； 卜气体常数； t 绝对温度； 对较浓溶液，上式要乘上一等渗参数，该系数可由溶液的蒸汽压或溶液的 冰点降低值加以估算( h w a n g 和k a m m e r m e y e r1 9 8 4 ) 嗍。就实用而言，苦成水 可采用v a n th o f f 公式，海水可采用由海盐溶液获得的经验渗透压值。 2 3 3 盐的迁移 通过膜的盐迁移与膜两侧的浓度或化学位之差成正比，可以下式表征： q 。= k s ( ac () 式中 q 。通过膜的盐流量； k 盐的膜透过系数； r 膜两侧的盐浓度差； a 膜表面积； 膜厚度。 在此式中，通过膜的盐迁移仅与膜两侧的浓度有关，而与施加的压力无关。 通过膜的盐迂移方程通常以盐通过率() 或盐截留率( ) 来表示。盐通过率是通过膜进入透过液中的盐占进料液中盐的百分 数，可按下式计算： c p c r x1 00(2-4) 式中盐通过率，一； c r 产品液的盐浓度； c f 进料液的盐浓度。 用1 0 0 减去盐通过率的百分数即为盐截留率的百分数。 c p - - - - q 。q 。 ( 2 5 ) 第二章工程概况 2 3 4 影响膜性能的因素 ( 1 ) 回收率转变率回收率或转变率通常被用来确定进料液转变为透过 液的百分数，其计算如下： y = q ，q ，x1 0 0( 2 - 6 ) 式中y 回收率或转变率，； q p 产品液流量， q 一进料液流量。 转变率为7 5 时，进料水龙头3 7 8 5 4 l m i n 转变为2 8 3 9 l m i n 的产品 水( 透过) 和9 4 6 4 l m i n 的浓缩盐水。该盐水含有进料水中绝大多数的溶解 固体物，其浓度近似比进料水的浓度高4 倍。为节省能量，希望在尽可能高 的回收率下操作，以把上游投资费用( 例如，预处理设备及泵的电费) 减至 最小。过高的回收率将产生高的盐水浓度，这会使透过液流量下降及盐通过 量增加，导致膜的污染或浓盐水中过量的溶解性盐沉淀，产生膜的结垢。 ( 2 ) 温度温度对渗透压与水通量两者均有影响，对渗透压的影响可见式 ( 1 2 ) 。水通量也和温度成正比，且通常与随温度变化的粘度的变 化成正比。一个经验规律是水温每升高1 ，膜产水量增大3 。 ( 3 ) 压力对给定的一组进水条件，增大压力会使每单位膜面积的水流量 提高。虽然盐通过膜的迁移( q ；) 不受压力的影响，但是增加压力引 起水流量的增大却稀释了盐对膜的通过，其结果使透过液的盐浓度 较低( 降低了盐的通过率) 。 ( 4 ) 压密通过一清洁的水迁移量( 或通量) 会因膜的压密随操作时间的 增长而下降。压密是因在整个操作时间内聚合物膜的蠕动变形所致。 压密与膜材料、所加压力和温度有关。当压力和温度增加时，蠕动 的趋向加大。膜截留层的紧密程度与水迁移量的降低是时间的对数 函数。在给定的压力和温度下，水通量的对数与时间的对数成直线 关系。这一效应在不对称均质膜中是较显著的。由膜制造者得到的 这些数据用以预测未来使用中膜的性能，提供了r 0 系统容量设计的 基础。初运转时，r o 系统有超额的容量，其被较低的操作压力所抵 消，操作压力在整个运转时间内逐渐地升至设计值。 ( 5 ) 浓差极化由于在膜的表面上存在一比主体溶液浓度高的边界层，由 此而产生了浓差极化。发生浓差极化时，因膜表面有水透过，故留 下了较浓的溶质层，该层中的溶质必然扩散返回主体溶液。由于螺 旋卷式的通量较中空纤维式高，所以前者产生浓差极化的趋势大于 第二章工程概况 后者。保持与膜平行的高流速及在膜表面处促进流体混合，使边界 层厚度降至最小，这样合宜的膜装置设计是重要的。 浓差极化使膜表面溶液的渗透压增高，由此引起水通量下降和通 过膜的盐迁移量的上升。倘若在边界层中溶解质的浓度超过它的溶解 度，则在膜表面上将有沉淀或结垢发生。在如此高的浓度下胶体物质 变得较不稳定，因而它会凝聚污染膜表面。 2 4 系统概况 2 4 1 系统设计指导思想 ( 1 ) 系统设计采用部分设备单元制 装置总出力为7 5 0m 3 h ，采用4 套出力为1 8 7 5m 3 h 的单元系统。单元组 成：6 台配有电动门和电磁阀箱的细砂双滤料过滤器，1 台5u 保安过滤器，1 台 高压泵，1 套反渗透装置及这些设备的连接管道、阀门、仪表、就地控制盘、凝 聚剂( p a c ) 加药装置、n a h s 0 3 加药装置、阻垢剂加药装置。 ( 2 ) 系统按照最低供水量为1 8 7 5 x 3m 3 h 。正常供水量为1 8 7 5 x 4m 3 h 设 计。 ( 3 ) 单元系统的预处理系统采用6 台细砂双滤料过滤器，设计中采用了合 适的滤速，在一台反洗的情况下仍能保证过滤水水质，双滤料过滤器 的运行和反洗程序可通过控制室键盘实现远方操作，也可就地操作。 ( 4 ) 加药系统 加药系统的设计考虑了系统工作的安全性、可靠性和便于操作运 行。均设2 台满足2 4 小时加药量的药液箱，2 台交替使用，1 台运行，1 台 配药，给运行、配药操作带来方便。药液箱设低液位报警，以便提醒操作人 员及时更换药液箱及配药。 ( 5 ) 5 u 保安过滤器 第二章工程概况 在采用的单元制系统中采用l 台5u 保安过滤器，不设备用设备，目 的是为了防止细菌在备用保安过滤器中滋生而影响反渗透的进水水质。 ( 6 ) n a c i o 加药装置 为了防止细菌对膜的污染，投加一定浓度的杀菌剂n a c l 0 来抑制反渗 透膜中细菌的滋生。n a c l o 加药装置设有两台计量泵，一备一用。当一台计量泵 出现故障而报警时，备用计量泵可立即投入运行。 ( 7 ) 设计中充分考虑了装置及系统的配水均匀性。 ( 8 ) 控制系统的设计 2 台上位机、2 台p l c 0 台p l c 控制r o ，l 台控制预处理系统，2 台 独立运行) ，通过p l c 控制每台过滤器的电磁阀箱实现过滤器的清洗运行。 p l c 采用进口产品，可靠性高，故障率低。 ( 9 ) 系统中采用了防止操作人员误操作的保护系统，减少了故障的可能。 2 4 2 工艺流程描述 ( 1 ) 从井群中抽出的苦咸水按比例混合进入原水池，在进入原水池的进水 管道中，加入次氯酸钠进行杀菌。原水池是由两个1 5 0 0 m 3 水池组成，其容积足 以满足杀菌剂所需的停留时间( 3 0 分钟) 。杀菌剂投加量应保证杀菌后水中余氯 为0 5 1 0 p p m _ “。经杀菌后的原水分别由4 台原水泵送入水处理车间，在进入 细砂双滤料过滤器之前，加入凝聚剂聚合氯化铝( p a c ) ，p a c 的投加量由烧杯 试验确定。按比例加入凝聚剂再经混合后的水进入细砂双滤料过滤器进行微絮凝 过滤。细砂双滤料过滤器分为4 组，每组6 台，共2 4 台。每组一台反洗水箱、 一台反洗水泵和一台罗茨风机进行过滤器的反洗。每组6 台过滤器并列运行，过 滤器出水满足一套反渗透给水量外还向反洗水箱补给少量水以满足反洗过滤器 用水要求，供给反洗水箱的补水量由手动阀门开度控制，补水管线上同时还设有 电动阀。当反洗水箱高液位时，关闭进水电动阀。每台过滤器进水管上设有流量 表，可以观察每台过滤器的瞬时流量和累计流量。当过滤器需要反洗时，按照反 洗程序对过滤器进行反洗。每列过滤器出水应能保证出水质( s d i 3 。浊度 第二章工程概况 9 7 8 4 0o c 3 7 m p a 3 0 5n t u 0 1 p p m 3 1 0 s w 3 0 - 38 0 涡卷式反渗透 芳香聚酰胺 2 7 0 4 = 1 0 8 0 支 3 年 中国玉柴北方膜h y d r a n a u t i e s 公司 r o 膜压力容器： 数量4 5 4 = 1 8 0 根 第二章工程概况 材料 最大工作压力 直径 长度 生产商 ( 4 ) 能量回收装置 型号 流量范围 材料 数量 生产商 ( 5 ) r o 冲洗泵 型号 型式 数量 材料 流量 扬程 ( 6 ) r o 清洗水泵 型号 型式 数量 材料 流量 扬程 2 6 4 后处理系统 玻璃钢 10 0 0 p s i ( 6 7 m p a ) 2 2 9m i l l 6 6 1 7m l n a d v a n c e ds t r u c t u r e s ，i n c h t c - 4 5 0 3 51 - 5 2 5 9 p m s s2 2 0 5 4 台 p e ip u m pe n g i n e e r i n gi n c m 1 5 0 1 2 5 2 5 0 卧式离心泵 1 台 s s 3 0 4 2 0 0m j l l 0 1 9 6m p a i h 2 0 0 15 0 4 0 0 卧式离心泵 1 台 s s 3 0 4 4 0 0m h o 5m p a 第二章工程概况 n a o h 计量泵 型号 型式 数量 流量 扬程 材料 c 7 8 卧式隔膜泵 2 台 9 5l f a 0 2 lm p a 聚丙烯 第三章苦成水系统调试与生产 第三章苦成水系统调试与生产 沧化1 8 0 0 0 吨日苦成水淡化项目于2 0 0 0 年8 月1 日正式开始进行调试。调 试工作由沧化相关人员参加，本人主持。由于该项目当时国内最大，原水水质复 杂( 铁的含量比较高) ，国内没有这方面的经验，所以调试工作只能参考一些国 外文献并结合国内一些小装置的情况下摸索进行。调试人员根据实际情况制定出 了一整套调试方案。调试工作大致分为四个部分；( 1 ) 水源地系统的调试，( 2 ) 预处理部分的调试，( 3 ) r o 部分的调试，( 4 ) 整列r o 系统试运行暑。 3 1 调试的主要内容和要达到的目的 3 1 1 原水及原水加药量的确定 系统进水以后，在调试细砂双滤料过滤器的同时，测定原水水质，为反渗透 调试提供依据。根据细砂双滤料过滤器出水余氯含量，确定原水的次氯酸钠加药 量。 。3 1 2 细砂双滤料过滤器运行参数的确定 ( 1 ) 细砂双滤料过滤器固定参数包括：有开度调节的阀门的开度设定、反洗水箱进 水手动阀开度设定。 ( 2 ) 细砂双滤料过滤器运行周期的确定 a ) 正洗时间的确定：正洗是根据正洗出水的s d i 值，确定正洗时间。 b ) 反洗时间的确定：根据反洗出水浊度，确定反洗时间。 c ) 反洗周期的确定：根据过滤器出水s d i 值确定反洗周期。 3 1 3 预处理最佳运行工况的调试 预处理的调试目标为最低的s d i 值、 影响因素很多，包括原水水质、加药量、 3 1 4 设计出力和脱盐率 最低的出水铁含量和最低的出水浊度。 运行周期等r 联。 第三章苦咸水系统调试与生产 在设计水质和进水温度条件下，单台出力为1 8 7 5 m 3 h ，产品水脱盐率大于 9 8 。 3 2 调试顺序 对沧化1 8 0 0 0 吨日苦成水淡化工程的调试我们先调试水源地系统，然后调 试预处理系统。预处理是按列进行调试的，即先调试第一列，待第一列调试正常 后，再调试第- - n 、第三列、第四列，直至全部调试正常，投入使用。 3 3 水源地系统调试 苦成水淡化项目的原水取自离渤海边约1 5 公里的浅层地下水，共有3 0 眼， 分成浅水井( 1 2 0m ) 和深水井( 2 5 0m ) 两种，含盐量约在 3 0 0 0 - - 3 0 0 0 0 m g l 之间。每眼井在建成后都进行了洗井，直至符合要求。原水由不同水源井 混合配比而成。根据水井的分布情况，采用了两大分支管线进入厂区前合并为一 主线的输水方案，依据每眼井提供的水质，每个分支管线的设立都尽可能使水质 搭配适当，使每个分支所供苦成水的含盐量控制在9 0 0 0 1 3 0 0 0m g l 左右， 符合运行要求。 3 4 预处理调试 3 4 1 预处理出水所应达到的要求： s d i 3 浊度 0 5n t u f e ( 总铁) 0 1p p m 余氯为0 m g l s d i ：r l l 淤泥密度指数，也称污染指数。它主要检测水中胶体微粒的多少， 反映了水中的淤泥、胶体、粘土、硅胶体、铁锰氧化物、腐殖质等对膜污染堵塞 的物质，是判断预处理效果的重点控制及检测指标。通常过滤器出水s d i 值小于 1 的情况下操作，r o 膜数年都无问题；s d i 小于3 的情况下操作，膜系统不会 出现过快的污染，数月无需清洗膜；s d i 为3 5 下操作的r o 系统，膜系统污 染较快，需数月清洗一次；s d i 值大于5 时，不能用于r o 膜系统引。 浊度：是利用水的透明程度来判定给水污染膜的可能性的程度，单位为 第三章苦咸水系统调试与生产 n t u ，在我国通常称为“度”。在反渗透系统中要求给水浊度小于l ，系统连续 运行时，给水浊度最好控制在0 5n t u 以下。与s d i 指标一样，浊度也只是 一个水质定性判定指标口引。尽管浊度和s d i 都能反映原水水质或预处理系统出 水水质，但两者问却并不呈正比关系。即浊度低的水也可能s d i 高，这是因为 水中存在着相当多的光能透过的但能污染膜的污染物质，而这些污染物在对水样 进行测定时，往往检测不到。它们都是反映给水状况和系统预处理性能不可或缺 的重要技术指标，我们要求过滤器出水浊度应小于0 5n ，i u 。 余氯：微生物和细菌、有机藻类普遍存在于原水之中，它们使其透水量和脱 盐率降低。所以我们要进行杀菌消毒处理。我们选择利用投加n a c l 0的办法来 杀菌。n a c i o 杀菌较其它杀菌剂有较多优点：杀菌效果好：不产生副产物：操作 安全、费用低等。它在水中发生如下反应： n a c l 0+h20 = n a o h+hclo h c i o 具有强氧化性，它对大肠杆菌、细菌、b o d 的去除效率很高。我们保 持原水余氯在0 5 1 0 p p m 之间，余氯包括化合性余氯( c 1 2 ) 和游离性余氯 ( h c l o 、c 1 。) ，这二类余氯之总和为测定结果。 另外，游离的余氯靠强氧化性杀灭细菌和微生物，但r o 膜抗氧化性差，因 而，过滤器出水在进r o 膜前，我们投加n a h s 0 3 来去除余氯： n a h s 0 3 + h c l o=hcl + - n a h s 0 4 我们要求过滤器出水在进r o 膜之前，余氯为零l 舅】。 f e ：铁离子能够与r o 膜靠电荷吸引结合在一起，铁的氧化物能够严重污染 膜，使反渗透系统脱盐率和产水量明显降低。原水中铁的含量为6 2 8m g l ，管 道长期氧化腐蚀也会使给水中含有大量的铁”o l 。我们利用n a c l 0 加简单曝气的 方法，使给水中的二价铁氧化成三价铁，三价铁在p h 值为7 5 的水中与水反应， 生成f e ( o h ) 3 絮状物。f e ( o h ) 3 不稳定，分解成f e 2 0 3 和水，方程式如下： f e 3 + + 3 0 h 。 = f e ( o h ) 3 2 f e ( o h ) 3 = f e 2 0 3 +3h 2 0 部分铁沉淀在原水池中，经过清理原水池除掉；剩余铁由原水泵带入双滤料 过滤器，被过滤掉。这种除铁方式简单有效且成本低廉。 3 4 2 双滤微絮凝过滤器的过滤机理： 双滤料过滤器截留悬浮物颗粒的过程可以解释为：机械筛滤，沉淀以及接触 第三章苦成水系统调试与生产 絮凝等，由于进入滤池前投加了p a c ，其主要的过滤机理是将滤料颗粒看作是接 触吸附介质，含微絮凝体的水在滤层孔隙中曲折流动时，滤料有更多接触吸附悬 浮颗粒的机会，微絮凝体形成的网状结构在滤孑l 隙间进一步加强了对有机物和胶 体的吸附凝聚作用。过滤效果主要决定于悬浮颗粒的表面性质和孔隙间的网状结 构，而无需增大悬浮颗粒的尺寸。本系统细砂双滤料过滤器采用的滤料是上层是 无烟煤，下层为石英砂，将两道过滤合并。实践证明，双层滤料的截污能力较单 层的高一倍以上i 。 3 4 3 单机试运 预处理部分的动设备( 包括原水泵、反洗水泵、罗茨风机、次氯酸钠加药泵、 凝聚剂加药泵、盐酸加药泵、阻垢剂加药泵、亚硫酸氢钠加药泵、氢氧化钠加药 泵) 在启动前都要进行单机试运，试运合格，再进行下一步调试。 3 4 4 加药系统试运 加药系统单元共有：凝聚剂加药系统、次氯酸钠加药系统、盐酸加药系统、 亚硫酸氢钠加药系统、阻垢剂加药系统、氢氧化钠加药系统。 ， 加药系统调试前对安装工作进行复查，管路连接正确无泄漏，阀门操作灵活， 加药箱加满药液，脉冲减缓器充气压力在工作压力2 3 ，电路连接无误。 3 ，4 5 双滤料过滤器的调试： 由于双滤料过滤器调试时正值盛夏，为避免所有过滤器进水后停运时间过长 造成细菌滋生，我们决定先对第一列过滤器的第一个过滤器进行调试。 ( 1 ) 双滤料过滤器简图3 1 第三章苦成水系统调试与生产 f 8 图3 1双滤料过滤器简图 ( 2 ) 调试前的准备工作t a ) 设备管道安装完毕，开启原水泵冲洗管道。 b ) 压缩空气系统已准备完毕，达到运行条件，气路畅通且吹扫完毕，细砂 双滤料过滤器本体阀门具备就地操作条件且操作灵活无误。 c ) f 3 、f 9 、f l o 为可调节开度阀门，先将其开度调到一半位置。 第三章苦咸水系统调试与生产 m 反洗水箱冲洗干净。 ( 3 ) 双滤料过滤器的调试： a 1 预处理开启过程 将不合格水排放阀打开，冲洗阀和保安过滤器进水阀关闭； 将细砂双滤料过滤器f i o 、f 8 打开，其它阀门关闭； 检查原水泵是否已送电，油位是否正常，油质是否良好，对原水泵进行手 动盘车，如一切正常，将原水泵控制盘上按钮调到“手动 状态； 将p a c 配成1 0 溶液并送至溶液箱中，开启p a c 计量泵； 打开原水泵进水阀门，启动原水泵，将其出口阀门缓缓开启，以防玻璃钢 管道被水流冲击； 观察双滤料过滤器，待f 8 出水后，关闭f 8 、f 1 0 ，开启f l 、f 2 ，投运 过滤器。 b ) 过滤器投运后，首先要对过滤器进行反洗，以清洗掉滤料碎块及填装过 程中所带的脏物，其反洗步骤如下： 反洗水箱中应充满水； 停运：关闭细砂双滤料过滤器的出水阀门f 2 ，进水阀门f 1 ； 放水：开启细砂双滤料过滤器排气阀门f 8 ，开启放水阀门f 6 ，虹吸破坏阀 f 7 ，开始放水，待f 6 不出水时，关闭f 6 、f 7 ； 空气擦洗：开启反洗排水阀f 4 ，启动罗茨风机，开启进水阀f 9 ，擦洗5 分 钟，关闭f 9 ，停罗茨风机，关