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1、8 0 2 0 0 6 年全国硫酸工业技术交流会论文集 反渗透技术在废热锅炉给水处理中的应用 张文星，王文才，孟凡英 ( 山东红日阿康化工股份有限公司) 1 工程概况 山东红日阿康化工股份有限公司是一家以硫 基氮磷钾复合肥为主导产品的大型化肥生产企 业，具有年产6 0 0k t 复合肥、5 0 0k t 硫酸、1 5 0 k t 盐酸、1 0 0k t 合成氨、1 0 0k t 甲醇等产品的生 产能力，是我国大型硫基氮磷钾复合肥生产基地 和基本化工原料重点企业。1 9 9 9 年公司扩建一 套单系列年产4 0 0k t 硫磺制酸项目时，配套上马 了1 20 0 0k W 抽凝式发电机组，利用硫
2、酸生产过 程产生的高中温位热能，通过废热锅炉生产约 6 0t h3 8 2M P a 、4 5 0o C 蒸汽送往发电机组发电， 并抽出部分低压蒸汽供给低压蒸汽管网，实现热 电综合利用。为解决硫酸废热锅炉及厂区生产、 生活用水问题，公司先后打井多口，并决定上马 1 8 0m 3 h 反渗透除盐装置。该工程1 9 9 9 年4 月 开始设计，1 9 9 9 年9 月进行设备安装调试， 2 0 0 0 年1 月投入运行。 设计原始资料如下： a 原水：厂区地下水( 水质分析结果见表1 ) b 补给水量：1 8 0m 3 h c 补给水质量要求：硬度= 0 ，电导率 1 0 i i S c m ，P
3、 ( S i 0 2 ) 0 1m g L 表1 地下井水水质分析结果 项目 1 #2 项目 l #2 # K + ( m g L 。) 2 8 8 5 6 2 N 0 2 。( m g L 。1 ) 0 4 42 3 6 N a + ( m g L 。) 6 3 9 58 9 8 2 s i o 。( r a g L 1 ) 1 3 9 41 2 9 8 C a 2 + ( n a g L 一) - 1 7 5 5 32 0 6 8 C 0 2 ( 游离) ( m g L 1 ) 4 1 8 81 3 0 6 M 9 2 + ( m g L 一) 2 4 8 22 9 5 7 电导率( 必C
4、 i “) l2 7 7 5 3 l5 3 6 2 F e ( 总) ( m g L 。1 ) 0 0 50 0 1 p H 值 7 1 07 5 5 M n 2 + ( m g L 一) 0 2 8 0 3 4 C O D ( M n ) ( m g L 叫) 1 3 62 4 6 H C O 卜( m g L 一) 2 8 4 3 13 3 3 0 6 T D S ( m g L 1 ) 9 4 3 4 211 6 1 7 5 1 2 1 一( m g L “) 1 3 9 0 21 6 4 6 6 总碱度( C a C O ，计) ( m g L “) 2 3 3 2 52 7 3 2
5、5 s o l 一( m g L “) 2 3 5 4 22 7 1 2 9 总硬度( C a C 0 3 计) ( m g L 。1 ) 5 4 1 4 56 3 9 2 9 N O ”( m g L 。) 2 7 84 5 2 3 注：1 。井水为1 9 9 9 年3 月2 9 日分析数据，2 井水为2 0 0 0 年6 月5 日分析数据。 2 工艺流程及主要设备 从表1 井水分析结果来看，我公司井水水质 较差，水中的含盐量和硬度均较高。自1 9 9 9 年3 月到2 0 0 0 年6 月，在一年多的时间里井水的硬度 和含盐量增加2 0 以上。要将这样的井水脱盐 处理为锅炉补给水，经过方案
6、论证和技术经济综 合比较，决定采用反渗透一离子交换联合工艺，其 工艺流程示意如下： 地下水一原水池一给水泵一机械过滤器一精 密过滤器q 高压泵一反渗透装置一阳离子交换 器一阴离子交换器一脱盐水箱一水泵一废热锅炉 系统。 系统主要设备配置： a D N 2 8 0 0 机械过滤器、D N 4 0 0 精密过滤器 各6 台； b 2x 3 0m 3 h 反渗透主机3 台，共1 8 0 个膜元 件，( 1 台主机包括2 个机组；每个机组3 0m 3 h ，由 张文星等 反渗透技术在废热锅炉给水处理中的应用 8 1 3 0 支4 , 2 0 0 m m 元件构成，5 个元件成3 ：2 排列) ； c
7、D N 2 5 0 0 离子交换阳床，阴床各3 台； d 膜清洗设备一套； e - P L C 控制系统，配备2 l 时彩显，反渗透主 机设就地操作控制箱和远控柜，自动操作，兼具手 动功能。机械过滤器和阳、阴离子交换床手动操 作，并配备监控仪表。对系统开发了工艺流程动 态画面，在上位机上可对反渗透主机进行自动操 作、监控系统运行，随时掌握脱盐水站全套设备的 运行情况。 ， 3 反渗透一离子交换除盐系统的长期 运行 一 这套1 8 0m 3 h 锅炉补给水除盐系统分两期 上马。一期2 台反渗透主机( 4 3 0m 3 h ) 于 2 0 0 0 年1 月投入使用，二期l 台反渗透主机( 2 3
8、0m 3 h ) 于2 0 0 1 年1 月投入使用。多年来设备 运行情况如下： a 本系统3 台主机共6 个反渗透机组，配备 6 台高压泵，每个机组可以单独运行，也可以同时 运行，以便随季节的变化进行水量调节。在进水 温度( 2 5 2 ) 情况下，单个反渗透机组产水 2 8 3 0m 3 h 。通常情况下，开启5 个反渗透机 组，每天2 4h 运行，生产脱盐水36 0 0m 3 ，可以满 足生产需要。 b 反渗透机组每年运行约3 3 0d 。膜清洗每 年进行一次，结合大修时进行。对6 个机组分别 进行彻底清洗后，可以确保设备的正常运行。 c 系统投用5 年多来，随着设备使用时间的 增长，各
9、个反渗透机组的工作压力、脱盐率、产水 量发生了缓慢的变化。6 个机组发生变化的规律 大体相同：一段进水压力从1 3M P a 增加至1 5 M P a ，脱盐率从初始的9 8 以上缓慢下降到9 6 左右，水温2 5 时产水量从初始的2 8 3 0m 3 h 逐步下降到2 0 一2 5m 3 h 。各参数变化趋势如图 1 所示。 123456 运行时间年 图1反渗透装置各参数变化趋势 d 机械过滤器进出水压差大于0 1M P a 时 进行反洗，通常5 7d 反洗一次。在系统进水投 加絮凝剂、杀菌剂、阻垢剂的情况下，当出水污染 指数( S D I ) 大于3 或4 时，对滤料进行空气擦洗。 e 精
10、密过滤器使用缠绕滤芯，6 8 个月更 换一次。 “。 C 该系统投入使用5 年多来，井水电导率波 动在14 0 0 17 0 0 1 p , S c m 之间，反渗透出水电导 率在3 0 5 0p , S e m 范围内。淡化水经离子交换 床深度除盐后，阴床出水电导率通常在5 7 “S c m 范围内，其他参数全部达到设计指标要求。在 此种情况下，阳离子交换床1 5d 左右再生一次， 阴离子交换床7d 左右再生一次。 g 反渗透元件经长期使用之后，性能会逐步 老化衰减，进水工作压力升高，脱盐率下降( 大多 在9 6 上下) ，但其产水量下降较为明显。当一 个反渗透机组从初始产水3 0m 3 h
11、 下降到2 0m 3 h 以下，经反复清洗也难以得到明显恢复时，就决 定更换膜元件。本系统6 个反渗透机组膜元件使 用情况见表2 。 表2 反渗透元件使用状况统计 m g ； 弱 8 2 2 0 0 6 年全国硫酸工业技术交流会论文集 从表2 统计结果来看，反渗透元件使用时间 最长的为6 年，最短的为4 年1 0 个月，平均使用 寿命为5 年半以上。从更换下来的膜状况看，处 在一段的入口端、二段的末端的元件堵塞严重，性 能下降明显，而处在中间部位的膜元件大多性能 较好，经清洗后可以作为备件，以做到物尽其用。 4 运行经验及技术经济比较 4 1 运行经验 由表2 可知，这套反渗透膜元件使用5 到
12、6 年才更换，应该说是成功的。有的反渗透系统使 用一两年性能参数就急剧下降，被迫更换膜元件， 是什么原因呢? 应该说影响反渗透长期安全稳定 运行的最常见危害是膜的污染，因为反渗透元件 的盐水流道和产水流道都相当薄，当系统投入使 用后，很容易被水中的悬浮物、机械杂质、胶体、微 生物污染。如何减轻或消除膜的污染，延长使用 寿命呢? 我们的经验是： a 搞好原水预处理，随时掌握原水变化，及 时反洗滤料，更换精密滤芯，定期测定污染指数， 严格控制S D I 值小于4 ，方允许水体进人反渗透 元件。 b 当原水水质较差，需要投加絮凝剂时，要慎 重选择药剂。因为絮凝剂水解后多带有正电荷，而 复合膜带有较强
13、的负电荷，絮凝剂进入膜组件以 后，容易被膜面强烈吸附，造成对膜的污染。因此 要慎用絮凝剂，能少加就少加，能不加就不加。 c 若原水被细菌污染，对反渗透膜的危害相 当大。2 0 0 0 年4 月，这套反渗透的操作压力曾出 现明显升高现象，经测菌板测定发现有细菌污染， 进一步查找原因发现，厂区八口水井中有一口被 严重污染，停用该口水井，切断污染源，并对反渗 透膜元件、滤芯、滤料用杀菌剂进行彻底的杀菌处 理，及时解决了细菌污染问题；交叉采用氧化性杀 菌剂和非氧化性杀菌剂，可对杀菌产生较好的效 果。但在使用氧化性杀菌剂的情况下，在进入反 渗透膜以前要投加还原剂还原，以防止氧化性杀 菌剂对反渗透膜产生负
14、面作用。 4 d 对反渗透进水投加阻垢剂是至关重要的。 因为当水回收率达到7 5 时，水的硬度和溶解物 被浓缩4 倍，无机盐的离子积超过了其溶度积，处 于过饱和状态，很容易在反渗透二段的末端形成 结垢沉淀。选择阻垢剂既要考虑该水质的适用 性，还要考虑与其他药剂的兼容性。要选择适宜 的阻垢剂，要注意原水的变化，及时调整投加量。 这套反渗透投运初期，投加第一种进口阻垢剂效 果不够理想，系统压降升高较快，精密滤芯污堵， 清洗更换频繁；后改用a r g oM D C l 5 0 阻垢剂后，系 统运行平稳，精密滤芯污堵现象得到改善，使用周 期从原来的两三个月增加到半年以上。 e 总之，在设备长期运行过程
15、中，一套除盐 系统难免会出现各种各样的问题，要及时发现、及 时处理，并且要注意了解原水的变化规律，进行针 对性的管理，就可以实现设备的长期、安全、稳定 运行。 。 4 2 技术经济比较 我公司脱盐水处理原先采用全离子交换除盐 工艺，离子交换床的工作周期只有四、五个小时，再 生极其频繁，劳动强度较大，再生酸碱废液对环境 的污染相当严重。采用反渗透一离子交换联合工 艺后，阳床工作周期增加到3 6 0h 以上，阴床工作周 期也达到1 6 0h 以上，与原有全离子交换除盐工艺 相比，工作周期增加数十倍，彻底改善了工作环境， 减轻了劳动强度。将两种除盐工艺的药品消耗、 人工费用、设备维修及折旧等方面的费
16、用分别进 行经济核算，制水成本进行对比，结果见表3 。 从表中可以看出： a 反渗透一离子交换联合工艺的制水成本主 要是电耗，每吨脱盐水为1 9 6 元，全离子交换除盐 工艺的制水成本主要是再生酸碱消耗，每吨脱盐水 为5 6 0 元。前者比后者低3 “元，节约运行费用 6 0 以上。以每小时生产脱盐水1 5 0t 、全年运行 3 3 0d 计，每年可节省运行费用4 3 0 多万元，一年 多可收回设备投资，其经济效益是显著的。 b 传统的离子交换除盐工艺每年要消耗酸 碱上万吨，污水排放量很大，对环境污染严重，新 工艺再生酸碱用量减少9 7 以上，大大减轻了环 境污染。 张文星等 反渗透技术在废热锅炉给水处理中的应
