全膜法水处理工艺

1、全膜法水处理工艺全膜法水处理工艺是将超滤、微滤、反渗透、EDI等不同的膜工艺有机地组合在一起,到达高效去除污染物以及深度脱盐的目的一种 水处理工艺.全膜法处理后的出水可直接满足锅炉补给水、 工艺用水、 电子超纯水、回用水、循环用水等要求.反渗透处理装置EDI电渗析水处理设备该工艺已成功应用于电力、冶金、石化等多个领域.该工艺的关 键技术EDI系电渗析(ED)和离子交换技术(DI)有机结合,到达 连续除盐、运行维护简单、无酸碱排放污染.而超 /微滤、反渗透已 广泛应用于海水(苦咸水)淡化及 废水回用.1、膜别离技术及其优势膜别离技术是一大类技术的总称.和水处理有关的主要包括微 滤、超滤、纳滤和反

2、渗透等几类.目前在经济、技术等方面占主导地 位是高分子材料类的产品.这些膜别离产品均是利用特殊制造的多孔材料的拦截水平,以 物理截留的方式去除水中一定颗粒大小的杂质. 在压力驱动下,尺寸 较小的物质可通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧,而尺寸较大的物 质那么不能透过纤维壁而被截留,从而到达筛分溶液中不同大小组分的 目的.其过滤的精度和滤膜本身的孔径大小有关.通常习惯把孔径较大的称为微滤(Microfiltration ),而较小的称为超滤(Ultrafiltration ), 而 孔径更小那么是钠滤和反渗透.上图显示了水中各种杂质的大小和去除它们所使用的别离方法.反渗透主要用来去除水中溶解的无机

3、盐； 而超滤那么可以去除病毒、 大分子物质、胶体等；微滤一般能够去除水中的细菌、灰尘,具有很 好的除浊效果.这些都是传统的过滤(如砂滤、多介质过滤等)无法 实现的.这些膜别离的产品从功能上可以分为反渗透、超滤、微滤等；从形式上分为中空纤维、萱式、卷式、平板式等；从材质上分 PP、 PE、PS PVDF、Nylon、PAN等多种；从操作方式上分为错流过滤 和终端过滤两种,或者分为内压式、外压式等.这些膜产品能够具备 优异的别离水平,是和它的结构及材料密不可分的. 下面几张图显示 了聚合物膜材料的结构.站洼怪的理别离房？万借电子#副岬:可见,各种形式的别离膜大都属于非对称的结构,即包括致密 的皮层

4、真正起别离作用和多孔的支撑层.这种结构既保证了良好 的别离效果,又提升了膜通量,降低运行能耗,并抗污堵.这些因素 使得膜产品最终能够实现大 工业化的应用.膜别离技术最近受到了污水市场的高度关注,这是由于它具有如 下的优点：1. 对杂质的去除效率高,产水水质大大好于传统方法；2. 彻底消除或者大大减少化学药剂的使用,防止二次污染；3. 系统易于白动化,可靠性高.运行简易,设施只有开启,关闭两 档；4. 占地面积要求小;5. 与常规水处理系统费用相当2、废水回用面临的挑战在下列图中归纳了综合利用各种水资源的方式. 首先,尽量使水能 够循环使用,把原来外排的工业废水和市政污水作为新水源,就可以 大大

5、减少对地表水和地下水的需求, 也减少了向外排放的污水量；其 次,在循环利用水的同时,各种蛙中积累的污染物经过浓缩、燃烧、 填埋等等方式转化为对环境无害或者少害的形式,可以大大缓解对生态的破坏.这些目标可以通过水价的调整,由政府行为转变为企业白 发的市场行为而得以充分实现.但是使用废水作为新水源,在技术上面临着一个新的挑战.由于 各种工业和生活废水中的污染物非常复杂,传统的水处理方法,包括 生化处理、混凝、澄清、气浮、吸附、砂滤等等,往往不能高效地去 除这些污染物,将废水变成满足使用要求的净水.最近一段时间以来, 在电力、冶金、石化等行业纷纷开展了污水回用的工作,方案把循环 水排污水、市政废水、

6、含油生产也等经深度处理后作为循环水补给 水、工艺用水、甚至锅炉补给水等.在一些缺水地区,如北京、天津 等地也纷纷开展了以市政污水作为 工业和生活用水的工作.这些需求 大大促进了新技术的应用和成熟 一这就是膜别离技术.3、我国废水回用现状水是人类赖以生存的根本资源,但是我国的水资源状况不容乐 观.首先,中国是一个水资源贫乏的国家,人均水资源拥有量仅为世 界平均水平的四分之一.目前,我国黄淮海及内陆河流域有11个省、 区、市的人均水资源拥有量低于联合国可持续开展委员会确定的1750立方米用水紧张线.其次,近些年随着我国 工业化和城市化的进程, 大量的 M和生活污染物排放到环境中,给水体带来越来越严

7、重的污 染.从太湖到滇池,从松花江、黄河到长江、珠江,水质逐年恶化.恶化的水质危及 工业生产和人们的健康,增加了整个社会获取水资源 的本钱.目前水资源短缺已成为制约我国经济和社会开展的重要因 素.第三,我国水资源浪费严重,特别是互用水效率总体水平较低. 2001年,我国每万元工业产值取水量为90立方米左右,约为兴旺国 家的3-7倍,工业用水重复利用率约52%,远低于兴旺国家80%的水 平,与世界先进水平相比差距悬殊.今后经济及人口的增长势必使水资源供需矛盾更加突出. 据有关 研究报告,到21世纪中叶我国人口到达16亿顶峰时,全国总取水量 有可能接近可用水资源量的极限. 为保证经济社会的可持续开

8、展,必 须要大幅度提升用水效率. 为此,国家 在 十五规划中制定了相应 的政策,以限制水污染和用水量的增长.其中包括三大类：1. 采用清洁生产的工艺,减少污染物排放.例如高纯水制备中 采用反渗透、EDI等膜别离技术代替离子交换技术,可以消除酸碱座 虫的排放；2. 采用低耗水的工艺,减少新鲜水的用量.例如火力发电厂使用空冷技术、干除灰代替水力除灰等；3. 废水回用.把生活污水、工业废水等经过深度处理后,重 复使用,甚至实现零排放.这实际上是将污水作为一种新的水源加以 充分利用,即减少了新鲜水的利用,又降低了 废水的排放量.其中,实现废水回用或者零排放,最关键的一点就是要去除污水/匿K中的各种杂质

9、或者污染物,使净化后的水满足各种工业或者生活用水的水质要求.因此,工程设计时不仅仅要考虑工业或者生活 废水实现达标排放,今后越来越多的时候还要考虑将这些 废水进一步 深度处理,循环使用.为了节约水资源,政府正在出台一系列的政策, 包括水价调控、排污权交易等,这些都将通过经济的杠杆,促进 废水 处理技术和市场的迅速开展.4、全膜法水处理应用的工程案例全膜法水处理工艺由超/微滤、反渗透、EDI等不同的膜工艺有 机地组合在一起,到达高效去除污染物以及深度脱盐的目的.出水需求领域：锅炉补给水工艺用水电子超纯水回用水循环用水实际应用领域：轧钢废水炼油废水电厂循环水市政污水全膜法应用于市政供水荷兰a Ja

10、lnangrand"最早最大的双膜法水厂"Jan-Lagrand位于荷兰首都阿姆斯特丹附近的Heemskerk城,于1999年投运至今."Jan-Lagrand是世界最大规模的双膜法市政供水 厂,产水量2250m3/h.Heemskerk供水厂,将经过预处理的地表水连 续的由X-FLOW超滤预处理后,进入反渗透系统.反渗透出水直接 混合后用于饮用,不经任何化学消毒.Heemskerk水厂有很多创新之 处：1. 反渗透膜RO的选择和预处理原那么在1994年初,Heemskerk水厂在设计阶段,醋酸纤维素 RO膜加 介质过滤器是当时通常采用的膜法地表水处理工艺.但是P

11、WN决定考虑采用复合RO膜加膜法进行预处理.当包括微滤和超滤在内的中 试试验结果出来后,PWN决定采用复合RO膜,由此Heemskerk成 为世界第一个大型的采用复合 RO膜加UF预处理的工程工程.2. 预处理膜的选择微滤MF和超滤UF膜的选择是该工程一个非常重要的环节.预处 理膜的选择需要考虑非常成功的中试试验结果,系统选择前首先对超滤膜供给商进行资格认证,使真正 先进的和有实力膜产品在Heemskerk这样大型水厂中应用.当时一般的膜要满足 Heemskerk水 厂的要求,需要30到40套超滤膜设备.荷兰X-FLOW公司完成了 一个全新的设计理念,包括采用与 NF/R.类似标准的产品.3.

12、 米用膜过滤的消毒方式在工程开始阶段,普遍认为 UF和RO在理论上可以提供完全无菌 消毒的供水.但是在90年代没有可用的在线监视装置可以在线连续 检测去除率到达3个log或以上的精度,PWN面临由实际数据验证 理论概念的挑战.为此在 Heemskerk水厂采用了两种监测系统：1对RO系统,采用了硫酸盐监视器.当硫酸盐的去除率超过99.9% 时,硫酸盐监视器可以提供足够精确的指标保证对病菌的去除率超过3个log以上.2对UF系统,采用了颗粒计数器.每套超滤装置上都安装有0.2um 的颗粒计数器,并且还有一个 0.05um的备用颗粒计数器用来临时 监测单套装置,单个压力容器甚至单个膜组件.通过测定

13、对某级别 大小的颗粒去除率的测定,可以精确反映出超滤系统对于该大小范围 的病菌的去除率.在线完整性监测系统是膜应用在市政水处理方面的一个突破.4. 双楼层设备布置理念通常的膜装置有两种布置形式,要么布置在沟渠中,要么在萱道系 统上方.检修不方便、萱道布置复杂.而双楼层设备布置,可以实现 扩建方便,维修容易、环境美观.因此Heemskerk采用了双楼层设备布置的方式：1膜装置布置在地面一层,由于 8个发电机组在楼下均通过木箱 进行了消声处理,因此,一层车间没有一点声音,代表们误以为系统 没有运行.2宣道布置在地下室.萱道系统固定在地下室的天花板上.并且 根据用途不同分成不同的区域如入水宜道区、化

14、学药剂投加线、产水 萱道区、废水管道区、电控宜线等.不仅维护方便、施工方便、而且 美观.3膜清洗投加系统,包括 基和相关设备,安放在地下室中.巴黎梅里奥塞水厂全球最大的市政纳滤工程纳滤膜技术是近10年开展起来的膜别离技术,它可以去除水体中 的三氯甲烷中间体、低分子有机物、农药、激素、碑和重金属等有害 物质.同时,纳滤膜别离过程还具有操作压力低、出水效率高、浓缩 水排放少等优点.因此,纳滤膜技术在饮用水生产方面正在发挥其独 特的作用.法国梅里奥塞水厂是世界纳滤膜应用的先驱.梅里奥塞水厂位于法国巴黎北郊,始建 20世纪初,前后经过几次 重大的改造.1980年增加了一座贮水水库,这里目前已成为一个鸟

15、 类的栖息地.由于水质污染不断加剧,1993年水厂安装了一套纳滤 中试验装置,开始为阿沃斯奥塞小镇提供膜处理用水, 两年的试验结 果最终证实了纳滤膜技术是行之有效的.1999年法国水务企业联合集团SEDIF投资1.5亿欧元建造了日均产水量为14万吨的新型水 处理工厂,为巴黎北郊39个区大约80万居民提供经过纳滤膜处理的 优质饮用水.四年过去了,梅里奥塞水厂目前仍保持着全世界规模最 大的运用纳滤膜技术净化地表水的水厂. 被处理的原水是受污染的奥 塞河水,水中含有大量的有机物和杀虫剂, 而且河水的温度和有机物 含量随季节变化波动很大.采用纳滤膜技术处理这种水质在水处理领 域是重大创新,其出水水质及

16、其各项性能参数非常令人满意.当然, 它的创新点还在于其水处理系统的过程限制.梅里奥塞水厂水处理工艺其实并不复杂,复杂的是其限制和监测系 统.水厂采用了 1250台由计算机限制的预报限制屏,950多台在线 传感器,140个白动系统,可以连续向限制中央提供600个数据信息. 整个水厂完全白动限制,可提供实时评估纳滤膜污堵状态,还可以进 行完全白动化地清洗,而且操作者可以白行选择清洗配方, 假设大的水 厂仅十七人员工.当然通过这种方式处理的水,本钱不会低廉,即使 水厂负责人不愿透露我们还是可以计算的出来.全膜法制备电厂锅炉补给水1. 制备流程2. 系统优点把传统的电渗析技术和离子交换技术有机地结合起

17、来,克服了 电渗析不能深度脱盐的缺点,弥补了离子交换不能连续工作的缺乏； 无需消耗酸碱再生,不排放酸碱废水,是物理的净化过程,不污染 环境；产水水质满足锅炉用水对电阻率、硬度和硅等要求；现场安装 工作量小,施工周期短,设备占地面积小,厂房投资较低,运行费用低,萱理方便.实践证实,膜法制备锅炉补给水系统符合环保和技术开展的要求,是典型的清洁生产工艺.膜法水处理应用于发电厂1. 介绍锅炉补给水的制备工艺近些年有了比拟大的进步.传统的制备工 艺主要利用混凝、澄清、过滤来去除悬浮物,利用离子交换技术来去 除水中各种盐离子,称为化学水处理：温褊落清附S*舌性炭阳,阴床ift床水>传统工艺存在的主要

18、问题一是预处理系统的效率不高,流程长, 效果不稳定；二是离子交换树脂需酸碱再生,大量排放酸碱 废水,污 染环境.近些年随着水资源的匮乏和环保呼声的提升,新的水处理技术 开展势头很快.利用各种膜别离技术可以构建如下的锅炉补给水处理 流程：反渗透EDI纯水其中,超滤与传统的预处理技术相比,其产水水质更好,可以为 下游反渗透膜提供最正确的保护,使得污水或者废水进入反渗透脱盐成 为可能；而反渗透那么是这个工艺中脱盐的核心,它可以去除98%以上的各种离子；EDI新技术近两年来我国多个热电厂的锅炉补给水 系统中得到应用,它取代传统的混床,无需消耗酸碱就可连续制取高 纯水,是一项环保的新技术.这个 全膜法工

19、艺是一个 物理的净化 过程,它高效、环保,并且在投资、运行、维护方面拥有诸多优势, 从而引起广泛的关注.山西古交发电厂是全国最大的燃用洗中煤的坑口电厂之一.规划容量为4 >300MW.古交发电厂由山西省电力勘测设计院负责工程设 计,设计人员针对电厂亚临界锅炉补给水系统的工艺进行了大量的前 期调研工作,在此根底上比拟了传统的一级除盐加混床、 反渗透加一 级除盐加混床、以及 超滤一反渗透EDI 三种工艺的经济性、可靠 性和环保性.最后初步拟定了第三种全膜法的方案.考虑到超滤和EDI新技术在国内30万千瓦以上的大机组中没有 应用的先例,而EDI作为补给水系统最后一道处理工序,其产水水 质直接关

20、系到锅炉和汽轮机的平安运行.因此,在实地考察的根底上, 山西恩华能源公司、山西电科院、山西电力设计院组织了一个联合试 验组,在古交电厂的水源地-万家寨针对黄河水连续进行了两周的现 场中试.中试的主要目的包括：1考察是否有必要使用超滤,超滤的产水水质,超滤本身抗污堵 的状况；2考察EDI的产水水质是否能够平安可靠地满足超高压锅炉的 用水要求；2. 试验水质以及工艺设备2.1试验流程试验采用如下的膜法处理流程:试验规模：超滤产水：4.5m3/h; EDI产水：2.0m3/h2.2试验用水质试验所取万家寨黄河水水质资料见表1.表1.万家寨黄河水水质窗体顶端工程窗体底端含量(mg/L )工程(mg/L

21、 )K+ Na+130Cl-105Ca2+61.7SO42-214Mg2+35.2HCO3-245TDS725胶体硅49.6SS31溶解硅7.2COD-Mn4.2pH7.7TOC5.62.3试验装置及分析手段试验装置采用一体化的集装箱式中试装置,全白动限制.其中包括：1. 双滤料过滤器1台；2. 超滤装置1套.含 OMEXELLTM-SFP2660超滤膜4支膜材质为PVDF);3. 一级、二级反渗透装置各一套；4. EDI装置一套.含 OMEXELLTM-210 EDI元件一支及附属系 统.试验中检测的工程及方法如下:表2.检测的工程及方法"体顶端检测工程窗体底端检测方法义器名称规格

22、型号精度制造厂检测频率浊度取样人工,虫度仪2100P也.01HACH2小时SDI'工手动SDI测定仪Millipore4小时SiO2足样人工.疵度721型2次硬度取样人工,光学滴定2小时电导率在线白动电导率表8850也.1Signet1小时pH值"线白动PH表8750也.1Signet1小时流量在线白动*量计8550也.1Signet1小时压力在线白动«力表也.01Wika1小时温度在线白动n度表8850也.1Signet1小时3.试验结果与讨论3.1预处理系统对浊度的去除预处理系统包括双 滤料过滤器装置和超滤装置,主要去除水中的 颗粒、胶体、悬浮物、大分子有机物、

23、浊度等,使出水满足反渗透的 进水条件主要有浊度和 SDI值两个指标.1双滤料过滤器出水浊度最高43.3NTU ,最低2.6NTU ,出水浊 度受原水浊度的变化影响较大,去除率在 46.96%94.51%之间.2. 超滤出水浊度最高0.4NTU,最低 0.14NTU.去除率在92.19%99.52% 间.说明：超滤的降浊作用非常明显,在双 滤料出水浊度较高、变化 较大的情况下,出水浊度也非常稳定,能满足反渗透进水浊度v 1NTU 的要求.1亲Q 如 1.口16020025010360定行酎何,h时图1.预处理系统对浊度的去除情况3.2预处理系统对SDI的去除SDI值是污染指数的简称,在反渗透系统

24、中,用来衡量反渗透进 水的一个重要指标.反渗透系统进水要求 15分钟SDI值SDI15 V 5, 推荐值SDI15V 4.反渗透进水SDI15值越小说明进水对反渗透膜的 污染程度越小.试验期间超滤出水SDI15值的变化曲线如图2所示.从图中可以 看出超滤出水SDI15值最大1.33出现在万家寨水库排砂,原水浊度 >100NTU期间最小0.00,除了 4次>1.0外,其余均V 1.0;优于 SDI15C 4的反渗透进水推荐值.说明 SFP超滤对污染指数SDI15值 有很有效降低作用.超滤进水即双 滤料过滤器出水SDI15>6.67SDI极限值,无法测量.这说明,如果不使用超滤进

25、行更深度的 处理,双滤料过滤器的产水是不能满足能渗透的进水要求的.因此, 在此水质条件下,超滤是必需的处理工序.D " ,|BI 1I '"l|I ' I 1 I0 iO 1DD 1 网 WM3003 网:云行酎| 小时图2.预处理系统对SDI15的去除情况3.3超滤装置进出水压差的变化试验期间保持产水流量不变,监测超滤进出水压力数据,得到超滤的进出水差压变化曲线,并经温度修正后如图 3所示.可以看出, 超滤的进出水压差在试验期间有一定的波动, 但总体没有明显的升高 趋势.说明在此期间超滤膜没有明显的污堵.U 0 0 0 奇q-ffl田曹埠Eg图3.超滤过膜

26、压差的变化情况3.4反渗透和EDI的除盐情况除盐系统包括一、二级反渗透和EDI.一级反渗透作为预脱盐装 置,脱除水中大局部的溶解盐类、颗粒、硬度、活性硅,二级反渗透 和EDI作为精脱盐装置,进一步脱除水中微量的溶解盐类、硬度、 活性硅,使整个系统的出水水质到达超高压亚临界锅炉的补水水质要 求.原水和EDI产水电导率的变化如下列图所示：ECJ2M卧 W图4.原水与EDI广水电导率的变化3.5膜法除盐系统对硅的去除硅是锅炉补给水的一项重要指标,在电厂的运行中硅的含量被严 格监测和限制.试验期间,对膜法除盐系统的进、出水硅含量进行了 监测分析.其中两次取水样送至 北京谱尼理化分析测试中央进行低 含量

27、硅的分析,分析结果如下：表3.水样低含量硅分析b体顶端"号"体底端水4 取样时间：2003年3月29 日 9:00水样二取样时间：2003年4月2日 12:001原水全硅mg/l8.73活性硅mg/l8.182双滤料出水全硅mg/l6.69双滤料出水全硅mg/l活性硅mg/l6.28活性硅mg/l8.013超滤出水全硅mg/l6.16活性硅mg/l5.794一级RO出全硅mg/l0.084一级RO出水活性硅mg/l0.078£除率98.64%去除率99.02%5二级RO出水全硅mg/l0.012*除率85.71%6EDI出水全硅mg/l0.002EDI出水活性硅m

28、g/l0.003去除率%83.30%从表中数据可以看出,膜法除盐系统各单元对硅均有较高的脱除 率.一级反渗透脱硅率到达99%左右,与设计软件的计算值接近；而 二级反渗透进水的硅含量较低84ppb,其对硅的脱除率也相对较低, 约86%;而EDI对硅的脱除率约为83%.试验期间系统产水硅含量 在 0.003 mg/L3ppb左右.另外,EDI产水中的硬度指标始终保持在检测下限之下,符合锅炉用水的要求.4.结论通过试验过程和试验过程各种数据的分析,可以得出以下结论1试验期间,万家寨水库水经过 双滤料过滤+超滤+两级反渗透 +EDI的工艺处理后,出水硬度、活性硅、电阻率各项指标完全能满 足古交新建超高

29、压亚临界锅炉补给水的要求.2双滤料过滤后水质的浊度和 SDI值均不满足反渗透的进水要 求；而经超滤处理后,产水浊度小于 1、SDI小于1,可大大降低反 渗透膜的受污染程度.同时超滤本身没有观察到明显的污堵现象；3. EDI出水硬度接近于 0、活性硅含量仅 3ppb、电导率低于 0.06mS/cm,各项指标完全能满足古交电厂超高压亚临界锅炉补给水的要求.考虑到原水硅含量可能的波动、反渗透和EDI设备性能长期运行后可能的衰减等因素,综合认为该工艺是平安、可靠的.化工厂锅炉给水的应用下面是一个化工厂的应用实例.700*方米小时工艺用纯水0MELLEDI原水为受周边工厂污染的汾河水, 设计规模为：超滤

30、700m3/hr, 反渗透530m3/hr, EDI 290m3/hr.原水经过适当预处理后,进入膜法 处理流程.首先经超滤去除水中的胶体、有机大分子、粉尘等,然后 进入反渗透脱盐.局部反渗透产水作为工艺用水外送,其余那么经EDI进一步脱盐,作为中压锅炉的给水.该系统的技术关键在于超滤和 EDI.系统于2002年10月投运, 超滤回收率为95% 97%,超率产水的SDI 污染指数值约为1左 右,而如果使用传统的多介质过滤,SDI值通常只能到达3-4.超滤 良好的产水水质大大改善了下游反渗透的工况. 原水经过反渗透去除 98%以上的无机离子后,进入EDI.EDI是一种替代传统混床离子交 换的最新

31、膜别离技术,它依靠电能,无需酸碱而连续制备高纯水.系 统EDI产水电阻率稳定大于5M. .这个流程与传统的 多介质过 滤+活性炭过滤+阳床+阴床+混床的工艺相比,结构紧凑,占地面积 减少了 50%;白动化程度高,萱理简便；环保、平安,防止了酸碱的 大量使用和酸碱废液的排放.是一个典型的新工艺.膜法水处理应用于海水淡化加纳利群岛位于大西洋,地处欧洲南部、非洲西部,距西撒哈拉 沙漠仅100公里,由13个火山岛组成,阳光、沙滩、海浪、仙人掌 是加那利的四大特点,由于地理位置优越,气候四季如春,因此被称 为欧洲夏威夷,是著名的旅游胜地,每年游客多达一千万人次.但这 里一年几乎不下雨,年降水量仅330mm.淡水是加纳利岛最为突出的问题之一,据译讲,这里原先人们用水都是靠空运解决,其本钱 之高可想而知.早在20世纪60年代末,西班牙政府就开始采用海水 淡化装置解决淡水.拉斯帕尔马斯Las Palma§是加纳利群岛中最大的一个岛屿, 面积100平方公里,常住人口超过35万,系群岛首府所在地.该岛 因在大规模海水淡化建设方面走在世界前列,一直受到各国水处理同 行的关注.Las Palmas的海水淡化系统进行了四期建设：一期工程是1969年首次安装了 4座日产5000吨的低温多效蒸馆M