高盐超滤和反渗透技术方案DOCWord文档格式.docx
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22.5m3/h；
（2）产水水质
反渗透产水水质符合生产回用水标准。
3、工艺系统说明
3.1工艺流程
酸，还原剂，阻垢剂
↓
【废水】→【预处理】→超滤→5μm保安过滤器→SWRO高压泵→高盐水RO装置
3.2工艺描述
因本系统废水的含盐量较高，已接近海水的含盐量，本系统设计以海水反渗透脱盐为核心工艺。
预处理采用根据原水水质的情况，在常规预处理后采用超滤增加对反渗透的保护，可保证反渗透的进水水质要求。
3.3工艺设备说明
3.3.1超滤（UF）
超滤系统主要的作用是分离悬浮物大分子胶体、黏泥、微生物、有机物等能够对反渗透膜造成污堵的杂质。
包括反洗杀菌剂投加系统、超滤装置和反洗泵等。
超滤（简称UF）是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。
超滤膜多为不对称结构，由一层极薄（通常小于1μm）、具有一定尺寸孔径的表皮层和一层较厚（通常为125μm）、具有海绵状或指状结构的多孔层组成。
前者起分离作用，后者起支撑作用。
超滤膜的典型孔径在0.01～0.1微米之间，对于细菌和大多数病菌、胶体、淤泥等具有极高的去除率。
膜的公称孔径越小，去除率越高。
超滤膜通常使用的材料都是高分子聚合物。
对于超滤而言，被广泛用来形象的分析超滤膜分离机理的说法是"
筛分"
理论。
理想的超滤膜分离失筛分过程，即在压力作用下，原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压料液侧透过膜的低压侧，因为尺寸大于膜孔径的大分子及微粒被膜阻挡，料液逐渐被浓缩；
溶液中的大分子、胶体、蛋白质、微粒等则被超滤膜截留而作为浓缩液被回收。
然而，实际上超滤膜在分离过程中，膜的孔径大小和膜表面的化学性质等将分别起着不同的截留作用，因此，不能简单的分析超滤现象，超滤膜具有孔结构的重要特性，同时还具有膜表面的化学性质。
超滤膜的性能指标有渗透通量和截留率。
超滤膜的耐压性、耐清洗性、耐温性等性能对于工业应用时非常重要的。
膜组件结构有板式、卷式、管式和中空纤维四种，从分离层的位置划分为：
内压、外压及内外压三种。
中空纤维膜是超滤膜的最主要型式之一，呈毛细管状，经喷丝纺制而成。
其内表面或外表面为致密层，或称活性层，内部为多孔支承体。
致密层上密布微孔，溶液就是以其组份能否通过这微孔来达到分离的目的。
原液在中空纤维膜内孔或外侧加压流动，被过滤液体则从另一侧流出。
超滤装置的运行方式以推荐全流过滤为主，但组件也应很方便地转换成错流过滤的模式，与错流相比，全流过滤能耗低、操作压力低，因而运行成本更低；
而错流过滤则能处理悬浮物含量更高的流体。
超滤膜材质从最初的不对称CA膜扩大到现在的PS（聚砜）、PES（聚醚砜）、PP（聚丙烯）、PVDF（聚偏二氟乙烯）等。
本系统推荐采用美国DOW公司生产的SFP2860膜元件作为除盐系统的预处理，SFP2860超滤膜采用材质为PVDF的中空纤维，外压式设计，其表面活化层致密，支撑层为海绵状网络结构，故耐压、抗污染、使用寿命长，且能长期保证产水水质，对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力。
具有以下特点：
1）过滤膜采用PVDF材质，化学稳定性高，耐酸碱、抗氧化、易清洗、使用寿命长；
最大瞬时耐次氯酸钠可以达到5000mg/L。
2）膜表面经过亲水改性，膜孔成型好、孔径小、孔隙率高、水通量大、水量衰减小。
3）外压式运行方式，流道空间不固定，预过滤精度要求更低。
当原水悬浮物含量高时，不会象内压式那样造成污染物浓缩并堵死在丝的中空通道中，因此外压式在悬浮物含量高或者波动大的情况下其优势表现更明显。
4）超滤膜中空纤维强度好，可采用反向冲洗和气洗工艺，反洗更彻底，膜性能恢复好，反洗用水量相应降低，同时大大延长了组件的化学清洗周期。
而内压式，仅能采用水反洗，反洗流量大，即自用水量大，反洗不能彻底，化学清洗周期短，膜的使用寿命短。
5）全流过滤，水回收率更高，自用水率约小于5%。
即使原水悬浮物含量很高，也能进行死端过滤。
而内压式则必须采用循环错流过滤，水回收率低，自用水率一般为10-15%，且动力消耗大；
⑴、超滤性能的影响因素
影响超滤膜寿命的主要因素
超滤用于工业水处理或反渗透预处理时主要有：
污堵、氧化、水解、超压等几个因素影响对膜的寿命有影响。
污堵对超滤膜寿命的影响
超滤膜元件的污堵主要是因为浓差极化。
较高的过膜压差、较低的膜面流速、较高的污染物浓度，都有助于浓差极化的形成。
在没有浓差极化时，过膜压差增加，过滤通量随之增加；
而当浓差极化严重到一定程度时，在过膜压差增加时，过滤通量几乎保持不变。
在过膜压差比较大的情况下，污染物在膜表面形成的凝胶层会被压实，并逐渐形成不可恢复性的污堵。
因此，控制过膜压差是实现膜通量恢复的主要方法。
赛能特公司经过长期试验以及多年的工程经验，针对不同水质设定了不同的最高膜通量，并根据膜元件的设计使用寿命，对膜元件产水量的衰减留了适当的富裕度，从而保证SFP超滤膜在适当的膜通量下运行，既考虑了工程投资又兼顾了超滤膜元件不会出现不可恢复性的污堵。
氧化及水解对超滤膜寿命的影响
氧化及水解会大大降低超滤膜元件的使用寿命，因此超滤膜元件材质的耐氧化性和耐水解性就显得尤其重要。
DOW公司的SFP超滤膜元件采用耐氧化性和耐水解性能极强PVDF材质，彻底解决了超滤在工业水处理和反渗透预处理工艺中氧化及水解影响超滤膜元件的使用寿命的问题。
运行压力过高对超滤膜寿命的影响
超滤运行压力过高会对超滤膜元件造成不可恢复的损害，公司在超滤装置的设计中，分别在每套超滤装置的进水和产水管路安装了压力开关，当超滤装置进水超压或超滤产水憋压时报警停泵，保证了超滤装置在正常压力和压差下运行。
⑵、主要超滤膜材质
超滤膜的材料很多，目前市场上比较常用的是聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）（包括聚砜PS）、聚丙烯（PP）三种。
⑶、主要超滤膜材料性能的评价
当超滤用于工业水处理或反渗透预处理时，对于材质的关心主要集中在两个方面：
首先是化学稳定性，其次是亲水性。
化学稳定性决定了材料在酸碱、氧化剂、微生物等的作用下的寿命，它还直接关系到清洗可以采取的方法；
亲水性则决定了膜材料对水中有机污染物的吸附程度，直接影响膜的通量。
⑷、耐化学剂性能
材质
化学剂
聚醚砜PES
聚偏氟乙烯PVDF
聚丙烯PP
酸
冰醋酸
N
C
醋酸，25％
盐酸，25％
硫酸，25％
-
碱
氨水，25％
NaOH，3N
醇类
丁醇
L
苯甲醇
乙醇
甘油
烃类
己烷
二甲苯
甲苯
S
苯
卤代烃
四氯化碳
氯仿（三氯甲烷）
氯甲烷
氟利昂
三氯乙烷
酮类
丙酮
甲乙酮
甲基异丁基酮
酯类
醋酸戊酯
醋酸乙酯
醋酸甲酯
醚
二甲基亚砜DMSO
二氧杂环乙烷
四氢呋喃
乙醚
含N溶剂
丙稀腈
苯胺
二乙基乙酰胺
二甲基甲酰胺
吡啶
混和溶剂
甲醛，30％
过氧化氢，30％
C（<
0.1%）
0.5%）
苯酚，10％水溶液
C－相容；
L－有限相容；
N－不相容；
S－溶胀或者收缩
PVDF另一个突出的优点：
是耐有机溶剂的性能优于其它材料。
⑸、外压式超滤膜元件清洗的可恢复性
超滤作为拦截颗粒、胶体、有机物等介质的过滤，受到污堵是不可避免的事情。
但只要每次清洗都能很好地恢复到初始的水平，就可以实现超滤长期可靠的工作。
为了提高超滤清洗的可恢复性，有如下手段：
1）采用耐久的亲水性材料，减轻有机物吸附污染；
2）制造出不对称的双皮层结构。
尽量以表面过滤而不是深层过滤的方式进行过滤；
3）采用外压而不是内压的过滤方式。
前面两条容易理解。
第三条的原因在于运行和反洗时超滤膜丝的受压方式，见下面的示意图。
外压式过滤时外压式反洗时
当过滤时，中空丝外侧受力，膜丝的多孔材料被压缩，膜孔会适度变小，从而提高过滤精度；
而反洗时膜丝内侧受力，膜壁上的孔径扩张，更有利于膜孔内的杂质颗粒被冲出，而内压式则恰恰相反。
因此在工业水处理领域常采用外压式较多，内压式在国外主要用于特定水质条件下的医疗用水的生产。
⑹、超滤和活性炭过滤器作为反渗透预处理的比较
国外权威机构通过大量的工程数据试验得到结论,超滤用在反渗透前可使反渗透装置出力提高约50％或延长反渗透寿命1.5倍，基本确保SDI<
2,不仅如此,在当前,国内许多电厂的反渗透大多运行不理想,其主要原因取决于预处理的好坏。
国外资料介绍，当SDI<
1，RO操作无问题,SDI<
3，RO需要数月清洗一次,SDI=3-5，RO不能正常工作应经常清洗,SDI>
5RO不能使用。
而超滤出水SDI<
2使反渗透能稳定运行，恰恰解决了此问题。
活性炭过滤器只具备单一的吸附有机物和余氯的作用，对降低来水的浊度和SDI值所起作用甚微。
而超滤不但能同活性炭过滤器一样，截留有机物，还能去除所有悬浮物，确保反渗透进水的浊度和SDI值满足要求。
另外，地表水和中通常含有大量的微生物，特别是藻类。
这些微生物若进入反渗透系统，找到水中的溶解性有机营养物就会大量繁殖，引起生物污染，严重影响反渗透膜的性能。
而一旦出现生物污染，清洗反渗透膜是无能为力的，因此微生物的预防是预处理过程最主要的任务。
传统的多介质加活性炭过滤器对微生物的去除是极为有限的，而超滤具有去除微生物的显著优势。
本系统超滤装置设计1套，采用全流过滤方式，单套出力为45m3/h，水的利用率为90%。
针对原水特点，DOW超滤膜采用全流过滤、频繁反洗的全自动连续运行方式，其运行情况为：
水、气反洗方式，水反洗周期20－60分钟一次，每次反洗40秒，气洗周期12小时一次，每次30秒，反洗更彻底，膜性能恢复好，反洗用水量大大降低（本项目为产水量的5%-10%），化学清洗周期长。
化学清洗频率1～6个月（视污染情况而定），和反渗透共用一套化学清洗系统。
系统采用PLC或DCS控制。
主要技术参数：
a.装置数量：
1套
b.设计产水量：
45m3/h/套（20支膜）（20℃）
c.设计进水通量：
49/m2.h
d.产水水质：
SDI≤2.5，浊度≤0.5NTU
e.自耗水率：
≤10%
f.操作温度：
≤40℃
g.设计压力：
≤0.6Mpa
3.3.2高盐水反渗透装置（SWRO）
5μm保安过滤器
5μm过滤器设置的主要目的是截留膜前水中残留的颗粒、悬浮物，以防止大颗粒物进入高压泵、反渗透膜。
保安过滤器的外壳采用耐海水的不锈钢材料，内装过滤精度5μm聚丙烯滤芯。
在正常工作情况下，滤芯可维持4个月左右的使用寿命，当大于设定的压差（通常为0.1MPa）时应当更换。
SWRO系统设置单台出力45m3/h的保安过滤器1台。
SWRO膜组
本工程选用DOW公司的高脱盐率低能耗海水RO膜元件，单根膜在标准测试条件下的脱盐率不低于99.5%。
经预处理的海水进入SWRO反渗透膜组，在压力作用下，大部分水分子和微量其它离子透过反渗透膜，经收集后成为产品水，通过产水管道进入后续设备；
水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过反渗透膜，残留在浓水中，由浓水管排出。
在SWRO反渗透装置停运时，用产水冲洗3~5分钟，以去除沉积在膜表面的污垢，使装置和反渗透膜得到有效保养。
SWRO反渗透膜经过长期运行后，会积累某些难以冲洗的污垢，如有机物、无机盐结垢等，造成反渗透膜性能下降。
这类污垢必须使用化学药品进行清洗才能去除，以恢复反渗透膜的性能。
化学清洗使用反渗透清洗装置进行，装置包括一台清洗液箱、清洗过滤器、清洗泵以及配套管道、阀门和仪表。
当膜组件受污染时,可以用它进行RO系统的化学清洗。
根据系统出力要求，系统设计1套SWRO装置，单套产水量22.5m3/h。
SWRO主要技术参数：
设计水温：
20℃
设计进水量：
45m3/h.套
设计产水量：
22.5m3/h.套
回收率：
≥50%
脱盐率：
≥97%（三年内）
能量回收装置
能量回收装置选用目前在SWRO系统常用的涡轮透平式，具有结构简单，回收效率高等特点。
本系统将能量回收装置设置在装置进水处，可降低高压泵扬程，减少投资。
本系统选用美国PEI公司的TURBO能量回收装置1台，回收效率60-80%。
（3）反渗透化学清洗系统
此单元由一台清洗药箱、一台不锈钢清洗泵、一台5μm清洗过滤器、一组仪表及连接管件组成；
当膜组件受污染时,可以用它进行化学清洗。
4、系统控制
4.1控制系统概述
根据系统特点，把工艺流程分为预处理系统、反渗透系统及蒸发系统三部分。
采用PLC+上位机方式实现自动控制。
系统可实现现场就地和控制室集中控制两种操作方式，可进行自动与手动运行方式的切换。
以上各种控制均由控制室的上位机实现人机界面操作。
4.2PLC控制
PLC即可编程逻辑控制器，它根据编制的程序以及采得的数据信息进行逻辑运算，并将运算结果通过信号输出到执行机构来控制系统设备的运行。
采集的数据信号（如流量、液位、阀门和马达的反馈信号等）通过开关量输入、模拟量输入等卡件把信号传送至中央处理器CPU，CPU经过逻辑运算，将运算结果通过开关量输出、模拟量输出等卡件把信号发送给外围电路，驱动执行机构（如阀门、马达等），用户将编制的程序下传至CPU，CPU按用户指令进行运算，实现可编程控制。
4.3仪表
现场仪表包括温度、压力、液位、流量、在线分析仪表和控制阀等。
分析仪表有电导率、ORP、pH表等检测仪表。
现场仪表的选型原则是满足工艺要求、质量可靠。
5、设备清单
5.1设备清单
序号
设备名称
设备型号、规格
单位
数量
供货商
一
预处理系统
1
超滤装置
Q=45m3/h（浓水5m3/h）
套
成套
超滤膜
SFP2860材质PVDF外压中空纤维
支
20
DOW
2
超滤反洗泵
Q=100m3/h，H=20m，N=11KW，过流材质耐海水不锈钢
台
PENTAIR或同等
3
反洗氧化剂加药装置
1箱2泵
4
化学分散洗加酸装置
5
化学分散洗加碱装置
6
压缩空气系统
二
SWRO系统
增压泵（1用1备）
Q=45m3/h,H=30m,N=7.5KW，过流材质耐海水不锈钢
阻垢剂加药系统
加酸系统
还原剂加药系统
1箱2泵
保安过滤器
Q=45m3/h，耐海水不锈钢材质；
滤芯精度5μm,PP
SWRO高压泵
Q=45m3/h，H=350m，N=55KW，过流材质耐海水不锈钢
PENTAIR或SULZER
7
SWRO装置
Q=22.5m3/h，回收率50%一级一段式
反渗透膜
BW30HRLE-400
42
8
Q=22.5m3/h，DP=200m
PEI
9
冲洗水泵
Q=50m3/h，H=30m，N=7.5KWSS304
格兰富或同等
10
RO化学清洗系统
三
管道及阀门
反渗透高压段采用耐海水双相不锈钢
四
电气与控制系统
6、化学品消耗
6.1化学品消耗
名称
型号
外观形态
标准
有效成分
投加量
次氯酸钠
NaClO
淡黄色液体
国标
10%有效氯
15ppm
还原剂
NaHSO3
白色晶体
98%
3ppm
阻垢剂
进口
无色液体
膦基羧酸
2-5ppm
盐酸
HCl
30%
调试定
7投资估算
膜工艺设备投资估算约250万元（未含安装调试费用）
8系统运行成本分析
装置每年运行时间按8000小时计算。
年处理废水400000T。
直接运行费用包括电费、药剂费、耗材等。
不含预处理部分运行费用。
运行费用为：
5元/吨水。
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