反滲透裝置在成昆鐵路沿線小站的應(yīng)用

1、前言

         近年來，由于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)科技實力的不斷增強(qiáng)，從國外引進(jìn)大量反滲透水處理系統(tǒng)，使以反滲透、超濾、納濾為代表的膜分離技術(shù)得到飛速發(fā)展，在巨大的國內(nèi)需求和高額利潤的雙重驅(qū)動下，已從研發(fā)階段邁入了實際應(yīng)用階段。此前在五六十年代日產(chǎn)幾百噸的反滲透脫鹽技術(shù)還是高科技產(chǎn)品，到七十年代得到較大發(fā)展，在七十年代末，沙特已建成日產(chǎn)2萬噸的反滲透海水淡化廠；到八十年代中在美國加州建成了當(dāng)時世界上最大的苦咸水淡化廠――Yuma市水廠，生產(chǎn)能力達(dá)37萬m3/d，①至此，反滲透淡化除鹽設(shè)備迅速在世界各地推廣。

         昆明鐵路局昆西供電段管內(nèi)成昆線沿線為亞熱帶干熱河谷氣候，地表徑流少，蒸發(fā)量大，地下水礦化度高，含鹽量一般都大于500mg/L,沿線各小站的鐵路職工長期飲用此種水質(zhì)，對職工身體健康有不利影響。昆西供電段在局有關(guān)職能部門的領(lǐng)導(dǎo)下，采用反滲透脫鹽系統(tǒng)對原水較差的大灣子和羊臼河給水所進(jìn)行技術(shù)改造。根據(jù)我段實際應(yīng)用情況，將其經(jīng)驗和不足與大家一起分享討論。

         2、工程概況

         成昆鐵路大灣子給水所處于金沙江亞熱帶干熱河谷地帶，以地下水為水源，原水總硬度在1500～1800mg/L間，水中離子以Ca2+、Mg2+、Na+、SO42-、Cl-、HCO3-為主，必須對其進(jìn)行脫鹽處理方可符合國家生活飲水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

         2.1 脫鹽工藝選擇

         常見的脫鹽方法主要有：離子交換法、電滲析法、反滲透法、蒸餾法。除反滲透法為近十年來發(fā)展迅速外，其它幾種方法均已應(yīng)用多年，在目前一些行業(yè)有重要地位。對總硬度大于1000mg/L的原水來說，仍采用一般離子交換法除鹽，再生藥劑用量大，很不經(jīng)濟(jì)；蒸餾法由于受能源消耗高、占地較大的影響，一般多用于大中型海水淡化項目；反滲透法和電滲析法均屬于膜分離技術(shù)，在西南地區(qū)應(yīng)用較少，故此前筆者對此了解不多，考慮到反滲透技術(shù)發(fā)展較快及有關(guān)部門推薦，采用反滲透脫鹽法。

         2.2 工作原理及處理工藝流程

         2.2.1 工作原理

         反滲透是指原水在通過半透膜時，用外加足夠壓力使溶液中溶劑（水）沿著與自然滲透壓相反的方向通過半透膜，而溶質(zhì)則被半透膜所攔截，從而達(dá)到溶劑、溶質(zhì)分離的目的。反滲透廣泛應(yīng)用于溶液的分離、提取、純化、濃縮等用途，是目前海水和苦咸水淡化，純水、超純水制備的主經(jīng)濟(jì)的方法之一。

         2.1.2 工藝流程

         大灣子給水所的原水為深井地下水，濁度和有機(jī)污染很少，故其預(yù)處理也較常規(guī)方式簡單，因此較常規(guī)處理省略臭氧殺菌和活性炭過濾兩項工藝，流程如下：
 

         2.1.3 系統(tǒng)簡介

         2.1.3.1 預(yù)處理

         使用離子交換樹脂軟水器（美國富萊克）去除水中鈣、鎂等離子，防止形成沉淀堵塞反滲透膜。采用工業(yè)鹽再生。

         2.1.3.2 精濾、保安過濾

         主要是將原水中懸浮物進(jìn)行截留，降低濁度，避免超濾膜和反滲透膜堵塞，需定期將膜元件清洗。

         2.1.3.3 反滲透系統(tǒng)

         對水中各類超標(biāo)陰陽離子進(jìn)行去除。由于出水水質(zhì)僅需滿足生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，本系統(tǒng)為一級一段式反滲透系統(tǒng)。核心的反滲透膜元件采用進(jìn)口芳香聚酰胺復(fù)合膜，設(shè)計產(chǎn)水量10m3/h。系統(tǒng)總功率：33KW，系統(tǒng)增壓泵壓力為1.8MPa，本系統(tǒng)具有以下特點：

         A、 操作壓力低，水通透量大。

         B、 對二價離子去除率高，適用于本項目Ca2+、Mg2+、SO42-等雜質(zhì)離子偏高的水質(zhì)情況。

         2.1.3.4 反滲透系統(tǒng)進(jìn)、出水水質(zhì)對比表

         采水地點：大灣子給水所

         采樣時間：2004年3月25日 水溫：18℃

         表1 反滲透系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)
 

         脫鹽率： （1854.5－29.8）/1854.5×100％＝98.4％

         3、反滲透脫鹽系統(tǒng)的不足

         3.1 水利用率不高

         由于本系統(tǒng)采用一級一段式脫鹽，系統(tǒng)對水的利用率僅為50％～60％，對濃水直接排放，利用不夠。
        
         3.1 能耗較高

         反滲透脫鹽系統(tǒng)設(shè)計不夠完善，采用提升、增壓泵較多，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗較大，設(shè)計能耗為3.1Kw.h/m3，但實際運行中超出預(yù)計值，單位能耗在3.8～4.5 Kw.h/m3。據(jù)資料表明，采用交換式能量回收裝置，可有效降低系統(tǒng)能耗。

         3.2 膜件易污染，使用壽命較短

         由于反滲透膜孔徑多在0.25～1.0nm之間，極易被水中懸浮物、膠體、結(jié)垢物及有機(jī)物污染堵塞，造成膜性能下降，進(jìn)而影響系統(tǒng)出水能力，必須定期對膜組件進(jìn)行清洗和更換，否則會極大地減小膜的壽命。據(jù)實際使用表明反滲透膜連續(xù)運行時使用壽命多在1～2年。

         3.3 系統(tǒng)常見故障及對策（詳見下表：）
         表2 常見故障及處理
 

         4 幾點體會

         4.1 要保證反滲透系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)，必須保證預(yù)處理系統(tǒng)高效良好地運行，防止各類污染物污染膜元件。

         4.2 對反滲透系統(tǒng)高配電功率，高耗能的性能必須有清醒的認(rèn)識，不能只聽從生產(chǎn)廠家片面的宣傳。設(shè)計時應(yīng)充分考慮配電容量是否符合要求。本系統(tǒng)就存在二次擴(kuò)容改造。

         4.3 應(yīng)對反滲透系統(tǒng)排放的濃水及清洗、軟化再生廢水應(yīng)妥善處理，避免環(huán)境污染。
        
         大灣子給水所反滲透脫鹽系統(tǒng)投用以來，出水水質(zhì)達(dá)到國家規(guī)范的要求，解決了長期困擾該給水所供水硬度大，含鹽量高的問題，相信此項技術(shù)對北方，特別是西北內(nèi)陸干旱地區(qū)解決用水緊缺的問題有一定的參考價值。