工业废水处理设计—超高压卷式反渗透设计

2024-11-28 16:12   宁夏  
一、卷式反渗透分类
卷式反渗透膜按照最高允许操作压力分为低压反渗透膜、高压反渗透膜、超高压卷式反渗透膜。其中低压反渗透膜的允许操作压力为4.1MPa,诸如市售的苦咸水反渗透膜、抗污染反渗透膜均属于低压反渗透膜系列;压反渗透膜允许操作压力为8.3MPa,例如市售的海水淡化膜便是高压反渗透膜;最高允许操作压力超过8.3MPa的即为超高压反渗透膜。但需要注意的是膜元件不能长时间在最高允许操作压力上运行,只能在短时间内在该压力上使用,通常设计反渗透的运行压力不能超过膜元件最高允许操作压力的80%。

二、超高压卷式反渗透膜技术参数
目前,能够生产超高压卷式反渗透膜元件的厂商仅有美国Dupont公司、美国

Hydranautics公司、法国Veolia公司,三个品牌工业应用8inch、高脱盐率的超高压卷式反渗透膜主要技术参数如下表所示。

标准通量为采用配制的纯氯化钠溶液测试结果,仅反应膜元件在没有其它污染因子情况下的性能,不能作为设计通量使用。
三、超高压卷式反渗透适用范围

超高压卷式反渗透适用于工业废水零排放膜浓缩末端,通过高倍率浓缩提高溶质浓度,可降低下游蒸发结晶装置的规模,提高整个零排放系统的效率。

从废水含盐量(TDS)来衡量,如果盐分以氯化钠为主,当TDS达到75000mg/L时,废水的渗透压将达到6.20MPa,则所需反渗透压力将更高,已接近高压反渗透膜最高允许操作压力的80%,此时高压反渗透膜已不再适用,需要使用超高压反渗透膜;如果盐分是氯化钠和硫酸钠各占一半,当TDS达到100000mg/L时,废水的渗透压将达到6.13MPa,此时高压反渗透膜已不再适用,需要使用超高压反渗透膜;如果盐分以硫酸钠为主,虽然硫酸钠溶液渗透压低于氯化钠溶液,但是废水中的钙离子会与硫酸根形成硫酸钙,使膜元件结垢。当以硫酸钠为主要盐分的废水中钙离子浓度超过180mg/L时,就会发生硫酸钙结垢,所以在使用超高压卷式反渗透膜浓缩硫酸钠废水时需要严格控制进水和浓水的钙离子含量。

四、浓缩终点及回收率的设定

对于以氯化钠为主要盐分的废水,高压反渗透膜(如海水淡化膜)可以将TDS浓缩至75000mg/L,而超高压反渗透膜将氯化钠为主要盐分的废水浓缩至TDS达到110000mg/L时,废水渗透压将接近或超过10MPa,已超过超高压反渗透膜最高允许操作压力的80%,所以对于氯化钠为主要盐分的废水,超高压反渗透进水TDS在70000~75000mg/L之间、回收率30%~32%之间较为合理,此时浓缩终点的TDS为110000mg/L。

以此类推,对于盐分是氯化钠和硫酸钠各占一半的废水,当TDS达到150000mg/L时,废水渗透压将接近或超过10MPa,已超过高压反渗透膜最高允许操作压力的80%,所以对于盐分是氯化钠和硫酸钠各占一半的废水,超高压反渗透进水TDS在100000mg/L左右、回收率30%~32%之间较为合理,此时浓缩终点的TDS为150000mg/L。但由于硫酸根的存在,需要控制浓水钙离子含量不超过300mg/L,同时须注意钡、锶等重金属离子的含量。

对于以硫酸钠为主要盐分的废水,超高压反渗透进水TDS在100000~150000mg/L之间、回收率在30%~40%之间较为合理,此时浓缩终点TDS达到200000mg/L以上,但需要更加严格控制废水中钙、钡、锶等含量,此时钡离子哪怕仅有0.0025mg/L,都会发生结垢。这也是在分质结晶废水零排放项目上,对于纳滤浓水普遍采用热法浓缩的原因之一。

五、配套设施的选择

1.高压泵的选型

高压泵的扬程可按膜最高允许操作压力进行设计,对于超高压反渗透,由于运行压力高,离心泵难以实现如此高的扬程,所以普遍采用柱塞泵。设计时需要注意的是:柱塞泵不允许在出口采用节流阀控制其出口流量和压力,只能利用设置泵进出口之间旁路上的背压阀来控制,需要在泵出口管线上安装缓冲装置,降低压力脉动,还应设置安全泄压阀,以保证任何情况下其出口压力不超过膜元件最大允许值。

2.膜壳的选型

在选用膜壳时,所选择的压力等级必须高于因膜污染需要提高运行压 力情况下的最高压力,一般要求必须比3年后系统运行压力设计值高10%。当运行产水侧出现动态压力时,此时某些膜壳产水出口强度会成为制约因素,如某些采用聚氯乙烯(PVC)材质制造的压力容器。

3.设备材质选择

对于超高压反渗透,原水含盐量在70000mg/L以上,进水泵、高压泵、压力管道建议选用254SMO不锈钢、2205、2507等材质。

水处理科技学报
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