反渗透法制工业纯水中几个问题的探讨
30年来反渗透技术取得了巨大的进步,其应用领域不断扩展。但就其功能来说,主要还是用于脱盐制备纯水。
传统的工业纯水制备主要是通过蒸馏法或离子交换法脱除水中的无机盐等组份,但两种方法所需要的设备都比较庞大,蒸馏法要消耗大量的热能,离子交换法由于要频繁再生离子交换树脂而消耗大量的酸和碱,且排放废酸、废碱,对环境造成污染。反渗透法除盐使这一过程变得节能、简单,由于反渗透设备占地面积小,脱盐率和水利用率高,因此在水脱盐领域的应用日益扩大。但由于有的体系对水质要求很高,往往单靠反渗透还达不到对脱盐的要求,所以经常把各种制备纯水的方法组合起来使用,如反渗透—离子交换,电渗析—反渗透等。这里通过实例,探讨反渗透技术在工业纯水制备中的几个应注意的问题。
1实例介绍
反渗透技术用于纯水制备已日益普及,表1列出三个反渗透技术与其它脱盐技术组合制备工业用纯水的实例。
(1)天津三峰汽车公司的纯水生产线原采用电渗析—离子交换工艺。为延长离子交换系统的再生周期,提高水质,电渗析后增加了反渗透,工艺流程示于图。1反渗透浓缩水不排放回电渗析前回用。电渗析器为4级8段,200对膜,产水电导率在35～40μs/cm,脱盐率约93%。经反渗透处理后,产水电导率为4μs/cm,该淡化水进入一直径为500mm的混床,最终产水电导率0.5μs/cm,产水用来调配阴极电泳漆和补充电泳涂装工件的淋洗水。引入反渗透系统后,混床约25天再生一次。
(2)北京碧达纯水公司是利用自备井水制备瓶装饮用纯水。该井水总硬度约630mg/L,Ca2+、Mg2+离子总量200mg/L,其中以重碳酸盐、硫酸盐、氯化物和硝酸盐为主,不适于直接饮用。为制备瓶装饮用纯水,采取二级反渗透,工艺流程示于图2。
出于制备瓶装饮用纯水的考虑,采用二级反渗透处理工艺,不仅可有效脱除盐份,还可有效地脱除水中的菌体、病毒及部分有机物。采用8组件,第一级8支组件串联,第二级4支组件串联。
(3)保定天鹅化纤集团是利用该厂软水站生产的软水,水的总硬度为7.6mg/L,总溶固为300mg/L,以低价金属离子的重碳酸盐、硫酸盐为主,该系统制水量比较大,要求产水纯度较高,因此采用反渗透—离子交换工艺,其流程示于图3。
该系统通过反渗透将原水中的无机盐大部脱除,然后经离子交换进一步脱除余留的离子。由于原水是软化水,造价较高,因此设计中将反渗透水收率限定在85%,为延长离子交换器的再生周期,令脱盐率达96%,这对反渗透系统是比较苛刻的。为此反渗透组件采用4/2/1排列方式,以保证在高脱盐率的基础上,充分地将水回收,尽量少排放。
2问题讨论
(1)在纯水制备中,为了保证膜组件在脱盐过程中,无机盐类不在膜面上结垢,保持膜面上料液有较高的切向流速是必要的,因此要保持较高的料液输入量,这样单支组件水的收率一般不高于15%,所以在大处理量的情况下,反渗透组件采取串联。如碧达厂的第一级反渗透采取8支组件串联,天鹅厂第一级7支组件串联,表2列出碧达厂第一级串联的8支组件在系统中的工作情况。
从表2中可以看出最后一支组件料液盐含量接近第一支组件料液盐含量近一倍,因此原水必须酸化,否则CaSO4会沉积出来。同时随级数增加,产水盐含量也增加,所以系统总的盐脱除率,会低于单支组件的脱盐率。
随着串联支数的增加,可以看出组件的产水量逐渐降低,第8支组件产水仅是第1支组件的63%,产水仅占系统产水的10%,这一方面是由于原料液的含盐量增加,另一方面是料液的压力也下降了很多,故必要时可在系统中增加一增压泵,以改善多级串联中级件的工作状态。
(2)反渗透设计中,容易被忽视的是料液温度,反渗透膜产水量受温度的影响很强烈,温度改变1℃,透水率约改变3%左右,所以应避免因水温低而达不到设计产水量,必要时原水应做加热处理。
(3)膜法一般可将水中90%～99%的盐份脱除,在水的深度除盐系统中适合做离子交换的前级,可以有效地减轻离子交换系统的工作负荷。如果把膜法脱盐做为第二级,由于原水中盐含量相对较低,因此脱盐率一般低于组件给定的脱盐率。如三峰厂一级脱盐采用电渗析,第二级采用反渗透,组件脱盐率仅为90%,因此第二级尽量采用离子交换法而不用膜法。
(4)从三个实例的工程造价看,三峰、碧达、天鹅三厂的纯水系统每m3产水造价分别为18.5万元、16万元、4.5万元,可见水处理量大,相应工程造价降低。就膜法本身来说,电渗析法因国内产品造价较低,而反渗透膜主要靠国外供应而造价较高,因此如能满足脱盐要求,尽量选择电渗析法。
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