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除盐水处理工艺

除盐水处理工艺介绍

1 前言

目前除盐水处理工艺主要有蒸馏法、离子交换法及膜分离法等，除盐水处理工艺是根据不同的入水水质和出水要求而设计的，针对不同的原水水质特点而设计水处理方案才是最经济有效的方案，同时也是出水水质长期稳定达到要求的保证。本文就除盐水处理工艺（离子交换法和RO膜分离法）对比介绍各自的特点：在70年到80年代末离子交换法在我国除盐水处理领域得到广泛应用。

离子交换法处理有以下特点：

优点：

◇预处理要求简单、工艺成熟，出水水质稳定、设备初期投入低；

◇由于制水原理类同于用酸碱置换水中离子，所以在原水低含盐量的应用区域运行成本较低。

缺点：

◇由于离子交换床阀门众多，操作复杂烦琐；

◇离子交换法自动化操作难度大，投资高；

◇需要酸碱再生，再生废水必须经处理合格后排放，存在环境污染隐患；

◇细菌易在床层中繁殖，且离子交换树脂会长期向纯水中渗溶有机物

◇在含盐量高的区域，运行成本高

从80年末开始，膜法水处理在我国得到了广泛应用，反渗透就是除盐处理工艺的膜法水处理工艺之一。

反渗透法处理有以下特点：

优点：

◇反渗透技术是当今较先进、稳定、有效的除盐技术；

◇与传统的水处理技术相比，膜技术具有工艺简单、操作方便、易于自动控制、无污染、运行成本低等优点，特别是几种膜技术的配合使用，再辅之经其他水处理工艺，如石英砂、活性炭吸附、脱气、离子交换、UV杀菌等◇原水含盐量较高时对运行成本影响不大

◇缺点：

◇预处理要求较高、初期投资较大

本文以地下水为原水，生产250m3/h除盐水（5MΩ.cm）为例，就离子交换和反渗透两种处理方法在工艺、占地方面、和运行成本作简要比较。

2 除盐水处理工艺比较

2.1离子交换法

1）离子交换处理工艺流程：

2）流程简介：

原水首先进入无阀滤池进行预处理直流入过滤水槽，再通过过滤水泵送水至阳床上部，在床中与强酸阳树脂接触，树脂将Ca2+、Mg2+、Na+、K+、等阳离子从水中置换到树脂上，除去阳离子后的水从塔下流出并送入脱CO2塔上部，在塔

内与塑料多面空心球接触形成水膜， HCO3-很快分解成CO2和H2O，通过风机将CO2从塔顶吹除，从而大大减轻阴床的负荷。脱除CO2的水进入中间水池，中间水泵将水送入阴床，在床中与强碱阴树脂接触，树脂将水中SO42-、Cl-、NO3-等阴离子置换到树脂上，水中的阴离子被除去。经一级除盐后的水再进入混床除去少量残存阳、阴离子和SiO3，经混床处理制得合格的的除盐水。

交换过程中，阳床、阴床和混床因交换剂饱合而失效，这时由再生系统对阳床、阴床和混床进行再生。再生结束进入下一周期，再生废水经处理合格后外排。3）流程单元说明：

预处理：

无阀滤池：

地下水经采集后在无阀滤器中将浊度降低至5NTU，避免污泥在后续床层上积聚，影响树脂交换能力。

预除盐

阳床：

经阳床交换后，原水中98%的阳离子将被除掉，而变成软水，阳床出水呈酸性。阳床运行周期一般设计为24-48小时，若要更长时间，则设备和树脂将增大，不经济。在运行周期内一般要设计小反洗，避免水流将树脂层压实，而影响树脂交换能力。失效后的阳树脂可以用盐酸或硫酸进行再生，本例以盐酸为再生剂。

脱碳塔：

一般来说地下水碱度都在100mg/l以上，所以经阳床脱除金属离子后，碳酸氢根转化成大量的CO2，设置脱碳塔的目的就是将CO2去除。经脱碳塔后的CO2含量会在5mg/l，这样大大降低阴床的负荷。

阴床：

阴床的作用原理与使用要求与阳床类似，只是去的是阴离子。阴树脂失效后选用氢氧化钠再生。

上述过程为一级除盐水，它的电导率＜10μs/cm，SiO2＜0.2mg/l，能满足中压锅炉给水要求。但是若需更高品质除盐水，就得在一级除盐水的基础上进行深化处理。

精除盐

混床：离子交换法精除盐的方法有二级除盐、多级除盐及混床除盐。常用的经济有效的方法是混床除盐。经混床处理过的除盐水，它的电导率＜0.2μs/cm，SiO2＜0.01mg/l。混床失效后，需用酸碱同时对阳、阴树脂进行再生。

废水处理

废水池：阳床、阴床和混床再生的过程都会产生酸碱废水，直接外排将对环境造成污染，所以必须收集起来，经处理合格后外排。废水池起到收集废水、调节废水、中和废水的作用。

再生系统

酸、碱贮槽和计量泵及混合器共同完成再生过程供液、计量的作用。

整个工艺过程比较烦琐的是阳床、阴床和混床再生时要多次倒换阀门，而且一般每天或间隔一天就需再生，所以操作难度大，通常须配置经验丰富的操作人员。若采用自动控制，则控制点多、阀门要求高，投资很大。同时酸碱耗量大，再生废水也多。另外由于树脂对非极性的大分子没有去除能力，所以制水过程中可能会出现细菌殖生。

2.2反渗法

1）反渗透处理工艺流程：

2）流程简介

原水经原水泵送到石英砂过滤器降低浊度，在活性炭过器中降低COD，胶体及有机大分子的含量。活性炭出水再送至保安过滤器进行最后的预处理，使原水SDI＜5mg/l，满足反渗透（RO）主机的进水要求。经保安过滤器后的合格水由高压泵送至RO主机反渗透进行除盐处理。反渗透膜截留下的有机物、胶体和盐无机盐由浓水侧直接排掉，不会给环境造成污染。产品水由膜清水侧送出至脱碳塔，除去渗透至清水的二氧化碳气体。脱气后的一级除盐水送至混床进行最后的精除盐。由于膜的运行与温度有关，在温度低时会降低产水量，所以在冬季原水须由加热器加热至25℃左右。另外反渗透膜运行4-8月需进行一次化学清洗，以保证膜的透水量。

3）流程单元说明：

预处理

反渗透的预处理要求比离子交换法严格，主要目的是解决如下问题：

（1）防止反渗透膜面结垢（包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、铁、铝氧化物等在膜面沉积）；

（2）防止胶体物质及悬浮固体微粒污堵；

（3）防止有机物的污堵；

（4）防止氧化性物质对膜的氧化破坏；

（5）保证进水水温，保持反渗透装置产水量稳定。

该过程主要包括加热器、加药装置、多介质过滤器、活性炭过滤器、保安滤器等设备。

换热器：

由于反渗透装置产水量随水温变化较大（一般温度每变化一度，反渗透膜元件产水量变化2.5%），因而为保证冬季系统供水量，本工艺配置一台换热器。

石英砂过滤器：

配制石英砂过滤器，用于截留水中的悬浮物和胶体杂质，降低反渗透进水浊度，过滤器一般出水浊度≤1NTU。当出水大于1NTU或进出口压差大二0.01Mpa，过滤器需进行反洗。所以反洗周期及反洗时间视原水浊度而定。反洗时在进水同时送入压缩空气，擦洗滤料。

活性炭过滤器：

滤器内装填净水专用颗粒活性炭，用于吸附水中余氯和有机物，降低进水COD含量，活性碳过滤器出水的余氯（PPm）<0.1。活性炭过滤器反洗以设备运行时间（或压差）来控制反冲洗周期。

阻垢剂投加系统：为防止硬度离子及胶体等杂质在反渗透膜面上结垢，特在反渗透装置进水中添加阻垢剂，加药量一般为3～4 mg/l，具体由进水水质决定。

保安过滤器：

反渗透装置前配置保安过滤器，以防止颗粒进入高压泵及RO膜组件，损伤高压泵部件和划伤反渗透膜表面.保安过滤器滤芯采用外层精度为10μm，内层精度为3-5μm；这样不仅提高了过滤精度，还提高了滤芯使用寿命。因为普通滤芯为均一精度，在外表层堵塞后，就需更换;由于内外层精度不一，对进水不同粒径的大小粒子进行分层截留，充分利用了滤芯的内外表层，提高了粒子的截留效果。在正常工作条件下，滤芯可维持6-8个月以上的使用寿命，比普通滤芯

寿命提高50％。当过滤器进出口压差达到1.0Kg/cm2时需更换滤器内滤芯。

以上预处理也可采用超滤（UF）等其它膜法处理方式。

一级除盐：

高压泵：

高压泵是反渗透膜实现物理分离过程的动力源，目前低压膜的运行压力在1.5Mpa以内。

反渗透（RO）主机：

反渗透（RO）主机是一级除盐的心脏部分，由渗透膜、膜壳和辅助阀门和仪器组成。反渗透膜已发展到超低压、低污染的复合膜，单根膜脱盐率达99.5%。在RO装置运行期间，设间断自动快冲冲洗。在RO装置停运时，用产品水自动冲洗，挤排膜和不锈钢管道中的高TDS残水，使停运膜完全浸泡在淡水中，可以防止膜的自然渗透造成的膜损伤，去污除垢，使装置和RO膜得到有效保养。经反渗透处理，原水中绝大部分无机盐、有机物、微生物、细菌被截留。经反渗透处理的产品水可达到电导率＜10μs/cm，SiO2＜0.2mg/l。

反渗透装置清洗：

在长期运行过程中，反渗透膜面上总会日积月累水中存在的各种污染物。从而使装置的性能（产水量和脱盐率）下降，组件进、出口压差升高。为此，除日常启停装置前，进行低压冲洗外，还需进行定期化学清洗。

化学清洗流程如下：

清洗水箱→清洗泵→清洗过滤器→反渗透装置

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除碳器：

由于反渗透对二氧化碳等气体去除率低，所在在RO的产品水送到脱碳器是必要的，这样可大大提高混床的使用周期。当然脱二氧化碳也可以脱气膜来实现。

精除盐

混床：

反渗透产水经混床内阳阴树脂进一步脱盐，去除残存的离子，出水电导率≤0.2μs/cm，SiO2＜0.01mg/l。混床运行周期长，所以一般设置为手动再生。再生废水也较少。目前实现精除盐过程还可以选用EDI技术，该技术可实现完全无再生废水产生，因此市场前看好，但是由于预期投入较大，所以在国内应用实例不多。

反渗透法制取除盐水是一个物理过程，所以比离子交换法环保。同时处理过程简单，易操作，自动程度化高，人工干预量小。同时系统的管理与维护简单。

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