全膜法水处理工艺参考模板.docx
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全膜法水处理工艺参考模板
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，达到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，达到连续除盐、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、膜分离技术及其优势
膜分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。
这些膜分离产品均是利用特殊制造的多孔材料的拦截能力，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，而尺寸较大的物质则不能透过纤维壁而被截留，从而达到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”更小则是钠滤和反渗透。
上图显示了水中各种杂质的大小和去除它们所使用的分离方法。
反渗透主要用来去除水中溶解的无机盐；而超滤则可以去除病毒、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。
这些膜分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、
管式、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分离能力，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。
可见，各种形式的分离膜大都属于非对称的结构，即包括致密的皮层（真正起分离作用）和多孔的支撑层。
这种结构既保证了良好的分离效果，又提高了膜通量，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。
膜分离技术最近受到了污水市场的高度关注，这是因为它具有如下的优点：
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，避免二次污染；
3.系统易于自动化，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，各种废水中积累的污染物经过浓缩、焚烧、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自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，计划把循环水排污水、市政废水、含油生产废水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—这就是膜分离技术。
3、我国废水回用现状
水是人类赖以生存的基本资源，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发展委员会确定的
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，大量的工业和生活污染物排放到环境中，给水体带来越来越严重的污染。
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成本。
目前水资源短缺已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。
第三，我国水资源浪费严重，特别是工业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，约为发达国家的3-7倍，工业用水重复利用率约52%，远低于发达国家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世纪中叶我国人口达到16亿高峰时，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发展，必须要大幅度提高用水效率。
为此，国家在“十五”规划中制定了相应的政策，以控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等膜分离技术代替离子交换技术，可以消除酸碱废水的排放；
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/废水中的各种杂质或者污染物，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发展。
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，达到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“Jan-Langrand"——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）的选择和预处理原则
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PWN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预处理的工程项目。
2.预处理膜的选择
微滤MF和超滤UF膜的选择是该项目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应商进行资格认证，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/RO类似标准的产品。
3.采用膜过滤的消毒方式
在项目开始阶段，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达到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，要么在管道系统上方。
检修不方便、管道布置复杂。
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）
管道布置在地下室。
管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管道区、化学药剂投加线、产水管道区、废水管道区、电控管线等。
不仅维护方便、施工方便、而且美观。
3）膜清洗投加系统，包括泵和相关设备，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年发展起来的膜分离技术，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、砷和重金属等有害物质。
同时，纳滤膜分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明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控制。
梅里奥塞水厂水处理工艺其实并不复杂，复杂的是其控制和监测系统。
水厂采用了1250台由计算机控制的预报控制屏，950多台在线传感器，140个自动系统，可以连续向控制中心提供600个数据信息。
整个水厂完全自动控制，可提供实时评估纳滤膜污堵状态，还可以进行完全自动化地清洗，而且操作者可以自行选择清洗配方，若大的水厂仅十七人员工。
当然通过这种方式处理的水，成本不会低廉，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不足；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，管理方便。
实践证明，膜法制备锅炉补给水系统符合环保和技术发展的要求，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较大的进步。
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：
传统工艺存在的主要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高，新的水处理技术发展势头很快。
利用各种膜分离技术可以构建如下的锅炉补给水处理流程：
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佳的保护，使得污水或者废水进入反渗透脱盐成为可能；而反渗透则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，在此基础上比较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－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，其产水水质直接关系到锅炉和汽轮机的安全运行。
因此，在实地考察的基础上，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安全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/h
2.2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
项目
窗体底端
含量（mg/L）
项目
含量（mg/L）
K+Na+
130
Cl-
105
Ca2+
61.7
SO42-
214
Mg2+
35.2
HCO3-
245
TDS
725
胶体硅
49.6
SS
31
溶解硅
7.2
COD-Mn
4.2
pH
7.7
TOC
5.6
2.3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，全自动控制。
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-210EDI元件一支及附属系统。
试验中检测的项目及方法如下：
表2.检测的项目及方法
窗体顶端
检测项目
窗体底端
检测方法
仪器名称
规格型号
精度
制造厂
检测频率
浊度
取样人工
浊度仪
2100P
±0.01
HACH
2小时
SDI
人工手动
SDI测定仪
Millipore
4小时
SiO2
取样人工
分光光度计
721型
2次
硬度
取样人工
化学滴定
2小时
电导率
在线自动
电导率表
8850
±0.1
Signet
1小时
pH值
在线自动
PH表
8750
±0.1
Signet
1小时
流量
在线自动
流量计
8550
±0.1
Signet
1小时
压力
在线自动
压力表
±0.01
Wika
1小时
温度
在线自动
温度表
8850
±0.1
Signet
1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、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%之间。
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＜1NTU的要求。
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＜5，推荐值SDI15＜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＜1.0；优于SDI15＜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>6.67（SDI极限值）,无法测量。
这表明，如果不使用超滤进行更深度的处理，双滤料过滤器的产水是不能满足反渗透的进水要求的。
因此，在此水质条件下，超滤是必需的处理工序。
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。
图3.超滤过膜压差的变化情况
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，脱除水中大部分的溶解盐类、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达到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图所示：
图4.原水与EDI产水电导率的变化
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控制。
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心”进行低含量硅的分析，分析结果如下：
表3.水样低含量硅分析
窗体顶端
序号
窗体底端
水样一（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:
00）
1
原水
全硅（mg/l）
8.73
活性硅（mg/l）
8.18
2
双滤料出水
全硅（mg/l）
6.69
双滤料出水
全硅（mg/l）
活性硅（mg/l）
6.28
活性硅（mg/l）
8.01
3
超滤出水
全硅（mg/l）
6.16
活性硅（mg/l）
5.79
4
一级RO出水
全硅（mg/l）
0.084
一级RO出水
活性硅（mg/l）
0.078
去除率
98.64%
去除率
99.02%
5
二级RO出水
全硅（mg/l）
0.012
去除率
85.71%
6
EDI出水
全硅（mg/l）
0.002
EDI出水
活性硅（mg/l）
0.003
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。
一级反渗透脱硅率达到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0.003mg/L（3ppb）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，综合认为该工艺是安全、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。
原水为受周边工厂污染的汾河水，设计规模为：
超滤700m3/hr，反渗透530m3/hr，EDI290m3/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。
部分反渗透产水作为工艺用水外送，其余则经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
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