沧化公司18000m3/d BWRO淡化工程
一、基本情况
沧化公司为全国最大PVC生产装置,为解决企业发展免受水资源的限制,虽然浅层地下水(井深50~250m)储量丰富,但水质恶劣,需要脱盐淡化。
二、设计原始资料
原水水质如表所示。
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产水水质如下(mg/L):
Ca2+ 1.2;Cl- 109.0;Mg2+ 2.7; 15.3;Na+ 70.9;TDS 203.6; 4.4;pH值5.6。
产水能力 18000m3/d,回收率>65%。
三、工艺流程及主要设备
沧化18000m3/d BWRO淡化工程工艺流程如图所示。
1.预处理
根据有关水文地质资料介绍,局部水井的浊度较高,井水在室内放置4~24h后浊度高达40NTU。因此原水进入RO前设置集水、澄清沉淀池,以使原水与大气接触,并得以澄清沉淀。由于原水中含有微生物,在预处理前先加NaClO2mg/L,以杀灭细菌,同时防止微生物的滋生。杀菌后的水加入絮凝剂(聚合氯化铁5mg/L)进行絮凝,接着进行过滤。过滤系统分别设置多介质过滤器和细砂过滤器两级过滤系统,参照国内外过滤的运行情况,多介质过滤器的滤速选取10m/h,细砂过滤器的滤速选取5m/h,控制其出水水质达到RO的进水要求:即SDI<3,Fe<0.05mg/L,CODMn<1.5mg/L,pH值2~10。预处理反冲洗水采用经多级过滤后和防垢处理的RO浓水,从而使原水量降至最低,使系统具有较高的回收率。
2.RO系统
由于淡化系统采用RO复合膜,耐氯性能只有1000mg/L·h,而过滤器出水通常余氯含量在0.1~1.0mg/L,故需在过滤器出口加NaHSO33mg/L,以还原水中余氯,使游离氯含量小于0.1mg/L,满足RO组件的进水要求。
1.预处理系统
原水系地面河水,预处理系统由国内自行设计,其工艺流程为:
前池河水→生水泵→生水预热器 机械加速澄清池→重力式无阀滤池→GRP水箱
加药主要是加氯、PAC和聚丙烯酰胺助凝剂。
EDR淡水送入2台50m3淡水箱,供一级除盐加混床进行深度除盐后,用作超高压锅炉补给水。
2.Aquamite XX-6/2型EDR装置
Aquamite XX-6/2型EDR装置是由供水机架、电源和程序控制自动控制柜和膜堆组三部分组成。
(1)供水机架该钢制机架上装有给水泵、浓水循环泵及其管道阀门系统,10mm精密过滤器、排除毒气箱、风机和就地仪表盘等。
①精密过滤器 2台,每套50m3/h装置各配备1台,外壳为GRP制成,内装22根长76.2cm,孔径为10mm的滤芯。
②给水泵及浓水循环泵 每套装置各配备1台,给水泵的功率为30kW,浓水循环泵的功率为15kW。
③管道及阀门 浓、淡水和极水管路全部为聚氯乙烯(PVC)管,每套装置配置了5个电动三通阀,一个电动两通阀和一个压力调节阀,以及控制极水的两个电磁阀,所有这些阀门、管路全部装配在同一钢制底架上。
④极水箱及排水风机均装在水力机架的上方,极水箱用来汇集6台膜堆排出的极水,然后通过一根溢流管集中排放至地沟。排风机用于排除极水箱内的氯、氢和氧气,极水箱为封闭式PVC箱体,体积仅有150L,电渗析装置运转时极水箱必须保持负压状态,排风机排出的气体通过风道排至室外。
⑤就地仪表盘布置在水力机架的一个侧面,盘上装有压力表及流量表用于监控进水、浓水、极水的压力和浓水的组成,进水流量和浓淡水间的压力表。
(2)膜堆每套50m3/h装置两套共有6个单独的膜堆,分成两列并联,每列为三级串联使用。每台膜堆均由500对阴阳离子交换膜,及相应的浓、淡水隔板组成,水平放置,按一定顺序上下重叠排列起来。
阴、阳离子交换膜及隔板的尺寸均为457mm×1016mm(18英寸×40英寸),阴、阳离子交换膜为均相膜,膜内有纤维网增强,膜的厚度为0.5mm,但是紧靠电极的两张膜均为阳离子交换膜,其厚度为1mm。隔板为冲格式低密度聚乙烯,隔板厚度为1mm,即由两张0.5mm聚乙烯隔板用胶粘结在一起制成。而紧靠电极的极水隔板的厚度为3mm。
每台膜堆上下各有一张钛镀铂平板式电极、一个重约450kg的金属顶板及一个由支架支持的金属底板,整台膜堆靠6根垂直螺栓紧固起来,为了防止触电和美观,每台膜堆四周用四张化妆板罩起来。
(3)电源及程序自动控制柜 每套50m3/h EDR装置配有一个电气程序自动控制柜和两个可控硅整流器,电气控制柜布置在两个硅整流器中间,正面盘上方装有总电源开关,盘的中间部位装有一个具有104个组件的凸轮定时器用来实现整套电渗析装置的逻辑动作,包括自动启停,倒极冲洗以及排除不合格产水。此外盘面上还装有电导率指示及控制器以确保产水的水质。
每套整流器供给一列膜堆中三个单独膜堆的直流电输出,它可以根据各级膜堆需要的直流电压不同而分别供电。并且还可以根据需要调整整流器柜内的分接开关,来调节三级膜堆的电压以适应原水水质变化后的调整。
美国Ionics公司提供的Aquamite装置的膜堆、水力机架及电气柜都是预先装配好的,并且在出厂前已调试完毕,因此当设备运至现场后,仅仅是和水、电、气源就地连接即可完成。此外,还提供了浓水加酸系统及用于定期酸洗膜堆的酸洗系统的全套设备,这些设备被安装在另一个单独的房间内。
四、运行情况
河水经常规处理后,作为EDR系统的原水贮存于180m3内衬玻璃钢的混凝土水池内,由EDR的给水泵升压到0.6~0.7MPa,经过一台10mm级精密过滤器过滤,再通过一个压力调节阀使滤出水压力恒定在0.455MPa。当过滤器进、出口压差超过0.084MPa时,系统将发出报警信号,需更换过滤器的滤芯。
经过滤后的水分成三股水流,即ED给水、浓水系统补给水和极水,此时两股主要水流入膜堆,即淡水隔室的给水和浓水再循环两股水流。为了使EDR正常运行,进入第一级膜堆的入口水压力维持不超过0.35MPa。如淡水或浓水两股水流中有任何一股水压过高或过低,则Aquamite装置将会自动停止运转。
进入膜堆的给水要流经串联的三个单级膜堆,使其逐渐脱盐变成淡化水。每个单级膜堆的标准脱盐率为50%,每级的压力降为0.084MPa。在每个单级膜堆内淡水或浓水分别流入500对不同的隔板中去,由于每张隔板均有曲折的水流通道,因而增加了水流的扰动。扰动着的水流接触阴、阳离子交换膜表面,在外加直流电场作用下,使水中的阳(阴)离子穿过阳(阴)膜,以达到去除水中无机盐的目的。具有曲折通道的隔板可使水流形成紊流,以便打破水中离子浓度形成的浓度梯度,防止形成浓差极化而影响EDR的正常运行。
Aquamite装置运行中淡室和浓室的压差应维持在7472.67~12454.45Pa(762~1270mmH2O),以防止膜堆内浓水向淡水的渗漏而影响淡水的水质。在第三级膜堆的淡水出口设置了电导率控制电极,以控制产水的水质,如产水的水质不合格则排入地沟。合格产水送入两个50m3的内衬玻璃钢的碳钢水箱内,以供进一步的化学除盐设备使用。
Aquamite EDR装置为了有效地防止其膜堆结垢,可以通过程序控制器使膜堆内电极的极性及流入膜堆的浓、淡水流每h自动倒换3~4次。为此,在装置的浓水及淡水入口分别设置了四个电动三通阀,来切换EDR装置的进、出口的浓水和淡水水流方向。每倒换一次电极极性及水流方向的全过程约需1.5min,在此期间不合格的产水被排入地沟。由于石景山地区河水中含有较高的重碳酸盐,为了提高EDR装置的回收率和防止膜堆结垢,还需要连续地向浓水再循环管道中加入浓盐酸,为此美国Ionics公司为该厂的EDR装置配备了浓水加酸系统,即包括一个容积为0.2m3的浓酸箱、一台材料为PVC的12L/h的小型活塞加酸泵和PVC管路。
每套Aquamite装置上设置了两个电磁阀,用于冲洗电极之用,平均每min耗用淡水9.2L。这部分电极冲洗水经过三级膜堆流出后汇集到一个容积为150L的PVC极水箱内,再通过箱内的溢流管溢流到地沟。由于EDR的电极过程会产生氢、氧及有毒氯气,这些气体被极水带进极水箱中,因此设置了排风机将其排出室外。
为了保证设备的安全运行,在水力机架上还设置了紧急事故按钮,以备紧急情况下及时停止EDR的使用。
Aquamite装置运行水量平衡及水质分析如表6-4和表6-5所示。
表 一套Aquamite装置水量分配数据
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表 Aquamite装置的脱盐效果
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