双膜法及离子交换法在新钢除盐水制备系统的应用_吴霞

能源研究与管理2016（
4）开发与应用
收稿日期：2016-07-29作者简介：吴
霞（1969—），女，南昌人，高级工程师，本科，毕业于南昌大学，环境工程专业，主要从事工业水处理工作。

摘要：新钢公司中央水处理站有2种制备除盐水工艺设备。

一是离子交换工艺；另一个是双膜法工艺。

以袁河地表水为水源，采用以上2种工艺在应用情况、运行成本的比较后，提出了2种工艺的混合式利用，是较适合目前南方地表水水质恶化状况的处理方法。

关键词：双膜法；离子交换法；混合式中图分类号：X703
文献标志码：B
文章编号：1005－7676（2016）04－0073－
03
WU Xia,YANG Rui
（Xinyu Iron and Steel Company,Xinyu 338001,Jiangxi,China
）
There are two kinds of processing equipment of demineralized water preparation in the central water treatment
station of Xinyu iron and steel company.One is ion exchange process,and the other is dual membrane process.With the surface water of Yuanhe as water source,the hybrid use of the two processes was proposed after the comparison of their application and operation costs.The hybrid process could be suitable for treating the surface water with deteriorating quality in the
South.
dual membrane process;ion exchange method;hybrid
双膜法及离子交换法在新钢除盐水制备系统的应用
吴霞，杨锐
（新余钢铁有限公司第一动力厂，江西新余
338001）
1概述
新余钢铁有限责任公司（简称“新钢公司”）是
省属国有大型钢铁联合企业，位于江西省新余市，公司东南紧濒赣江支流袁河，是地面水源丰富的地区。

但作为锅炉及转炉、轧钢工艺中加热炉所需工业补充新水，必须对袁河水质进行除盐处理。

新钢公司与国内南方许多大型钢铁厂类似，在除盐水制备工艺上一直选用离子交换法。

2008年新钢公司三期技改，在中央水处理站新建了1座制备能力为300m 3/h 的除盐水站，制备工艺采用离子交换（DI ）法。

2012年余热发电工程需新增60m 3/h 的除盐水制备能力，由于除盐水站扩建空间不足及考虑系统
过大的生产安全问题，公司经过比选和调研，选择
了占地较少、自动化程度较高的双膜法（UF+RO ）除盐水制备工艺。

2
水质状况
2.1
水源情况
新钢公司工业补充新水为袁河地表水，属长江水系,水量长年较丰沛，年平均降雨量1568.5mm 。

2008年建设除盐水站采用工业新水作为水源，当时公司未能收集到袁河地表水一年的水质监测数据，因此设计院设计时仅采用了当月的水质参数为依据，以此计算和分析除盐水站各设备的容量。

2008年水质参数见表1。

DOI ：10.16056/j.1005-7676.2016.04.021
73··
能源研究与管理2016（
4）开发与应用
表1
2008年袁河水质参数
pH 值悬浮物/
(mg ·L -1)总硬度（以CaCO 3计）/(mg ·L -1)
Ca 硬度（以CaCO 3
计）/(mg ·L -1)
甲基橙碱度（以CaCO 3计）/(mg ·L -1)
氯离子/
(mg ·L -1)硫酸根/
(mg ·L -1)全铁/
(mg ·L -1)7～830
123
9994
12
26
0.19电导率/(μS ·cm -1)总溶固/
(mg ·L -1)石油类/
(mg ·L -1)色度可溶性SiO 2
（以SiO 2计）/(mg ·L -1)
COD/
(mg ·L -1)
氨氮/(mg ·L -1)锰/(mg ·L -1)219
144
2.2
2
9.65
40.906
0.01
表2
2012年袁河水质参数
pH 值总硬度（以CaCO 3
计）/(mg ·L -1)
氯离子/
(mg ·L -1)电导率/
(μS ·cm -1)色度悬浮物/
(mg ·L -1)甲基橙碱度（以CaCO 3计）/(mg ·L -1)可溶性SiO 2/(mg ·L -1)
石油类/(mg ·L -1)COD/
(mg ·L -1)6.5～7.5
90～20012～20123～720
230～5085～140
9.65
0.2～2.24～302008年除盐水水站的运行，公司通过3年的运
行数据的统计，2012年采用UF+RO 法工艺源水（袁河水）水质数据见表2。

2.2水质要求
新钢公司除盐水水质要求见表3。

3应用情况
3.1DI 法在公司的应用
3.1.1工艺流程
离子交换除盐就是利用树脂中原有反离子和溶
液中它种反离子相互交换位置的特性，去除水中各种阳、阴离子，达到降低水中含盐量、减小电导率的目的[1]。

多年来，离子交换法是生产中常采用的一种除盐水制备方法，该技术已广泛应用于许多工业
领域。

由于该工艺稳定，对含盐量较低（盐含量＜500mg/L ）的水质效果好，在南方大多数钢铁企业仍采用此种工艺。

2008年新钢公司三期技改工程中，除盐水站采用了离子交换除盐法（DI 法）。

工艺为强酸+除碳器+强碱的一级复床工艺，阴、阳离子交换器并联
工作，管道采用母管连接方式。

阳离子交换器出口装有钠表、阴离子交换器出口装有电导率仪、硅表、
pH 计控制失效。

当树脂失效后进行再生，再生方式采用体内逆流再生。

3.1.2主要设备性能参数
阳床：2400mm ，树脂层高2000mm ，6台；阴床：2400mm ，树脂层高2000mm ，6台；除碳器：7.5kW ，2台；酸罐：40m 3，2台；碱罐：40m 3。

3.1.3使用情况
出水主要指标：电导率＜10μS/cm ；(Na +)＜400μg/L ；(SiO 2)＜100μg/L 。

系统投产后基本能小于该项指标，电导率能做到＜5μS/cm 。

但在每年4月和11月，袁河都会出现水质突然恶劣的现象。

电导率会由120μS/cm 升至700μS/cm 左右，硬度由90mg/L 升至200mg/L ，碱度由90mg/L 升至140mg/L ，持续时间15d 左右。

各交换器的制水周期缩短2/3，由运行24h 缩短8h 左右，每天的交换器再生数量12台。

系统负载约为原设计的3倍，给设备、人员及运行带来压力。

根据GB/T 50109—2006《工业用水软化除盐设计规范》，系统源水含盐量＜500mg/L （电导率约为1000μS/cm ）采用离子交换
工艺较适合[2]。

据公司近8年运行情况来看，含盐量为＜400mg/L （电导率约为800μS/cm ）在此水质状
况下，采用离子交换工艺脱盐效果差，更由于工艺设计时未采用最恶劣水质数据为计算依据，造成遇上恶劣水质情况时系统超负荷，酸、碱贮罐容积不足，员工劳动强度大。

系统运行成本也远高于平常。

3.2UF+RO 法在公司的应用
3.2.1工艺流程
超滤（UF ）是一种能够将溶液进行净化、分离或浓缩的膜透过法分离技术。

反渗透（RO ）技术是一种纳米级膜分离过滤技术。

其过程都是以膜孔径大小为标准的相关筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，被处理水经膜时通过膜的截留、吸附及水流的惯性、扩散、沉降和液体的动力作用而除去水中的悬浮杂质，达到水质要求[3]。

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。

UF+RO 法为双膜法，即超滤+反渗透工艺[4-5]，利用双膜法制取生产所需的除盐水已被北方大多数钢铁企业所采纳，并已逐渐取代离子交换法。

但在南方尚未推广使用。

表3
除盐水水质标准pH 值总硬度（以CaCO 3计）/(mg ·L -1)
氯离子/(mg ·L -1)电导率/(μS ·cm -1)色度悬浮物/(mg ·L -1)甲基橙碱度（以CaCO 3计）/(mg ·L -1)可溶性SiO 2/
(mg ·L -1)
石油类/(mg ·L -1)COD/(mg ·L -1)6.5～7.5
≈0
＜5
＜5
＜1
＜2
＜30
＜0.1
≈0
＜3
74··
能源研究与管理2016（
4）开发与应用
图1
新钢公司双膜法工艺流程图
原系统除盐水池
二级反渗透装置
加碱一级反渗透产水箱二级反渗透供水泵二级保安过滤器二级高压泵一级反渗透装置
一级高压泵
一级保安过滤器
一级反渗透供水泵
非氧化杀菌剂
还原剂
氧化杀菌剂
滤后水
自清洗过滤器换热器超滤装置
超滤水产水箱
新钢公司双膜法工艺流程如图1所示。

3.2.2主要设备性能参数
超滤装置：外压式，产水流量96m 3/h ，产水浊
度＜0.1NTU ，污染指数（SDI ）＜3；
一级反渗透装置：陶氏膜，净产水水量71m 3/h （20℃），回收率≥75%，系统脱盐率≥98%；
二级反渗透装置：净产水水量60m 3
/h （20℃），
回收率≥85%，二级RO 出水电导≤1μS/cm 。

3.2.3使用效果
系统投入运行后，电导率为≤1μS/cm ，水质全部达标。

系统自动化程度高，能实现无人值守。

但系统成水率较低，超滤进水为108m 3/h ，二级出水为60m 3/h ，成水率仅为55%。

由于系统全自动化程度高，对设备的性能要求也高。

4运行成本对比
目前，2套除盐水设备能满足新钢公司正常生产需求，2套除盐水设备采用不同的生产工艺，其运行成本也存在不同，以制备能力60m 3/h 为依据，分正常水质情况和非正常水质情况下进行运行成本核算，结果见表4、表5。

通过以上对比可以看出，在水质正常时，离子
交换法运行成本较低，员工的劳动强度不大，此时，用离子交换法较经济。

在水质恶劣时，双膜法发挥
了其对高含盐量的水质处理其他设备无法替代的优点。

不仅减轻了员工的劳动强度，运行成本也较离子交换法低。

由于无需酸碱，也较为环保。

5结束语
离子交换法和双膜法在除盐水制备都实现了系
统达标运行。

双膜法的投用在一定程度上缓解了水质恶劣时水处理的运行成本、劳动强度和环保压力。

随着河水污染事件的增多及地表水质的不断恶化，在南方，2种工艺并存的混合式制水工艺不失为一种较好的方案。

面对水资源短缺、水污染加剧以及水需求加大,人们将不断开发新的对环境更友好、能耗更低、运
行成本更小、操作维护更简单的水除盐技术。

建议新钢公司采用新技术新工艺，利用公司的污水作为工业补充新水，大大提高企业的水重复利用率。

参考文献
[1]沈龙海.浅析离子交换除盐水技术[J].化工管理,2015(35):
185.[2]金
熙,项成林,齐冬子.工业水处理技术问答[M].北京:化学工业出版社,2010.
[3]聂义民,彭爱华,王先桥.超滤及反渗透水处理技术的应用
[J].工业水处理,2006,26(1):83-86.
[4]严煦世,范瑾初.给水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,
1999.
[5]刘小平,傅晓萍,李本高.除盐水制备技术进展[J].工业水处
理,2008,28(4):6-9.
表4
正常水质情况下成本对比制备工艺投资/万元
水成本/(元·t -1)试剂成本/(元·t -1)电耗成本/(元·t -1)人工成本/万元总成本/万元
离子交换法2560.880.55（酸碱）0.560.52 2.51二级反渗透法
267
1.60
0.16（药剂）
1.50
0.11
3.37
注：水价按0.8元/t 计；电价按0.685元/(kW ·h)计。

表5非正常水质情况下成本对比
制备工艺投资/万元
水成本/(元·t -1)试剂成本/(元·t -1)电耗成本/(元·t -1)人工成本/万元总成本/万元
离子交换法256 1.04 1.75（酸碱）0.800.52 4.11二级反渗透法
267
1.60
0.16（药剂）
1.50
0.11
3.37
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