离子交换法和反渗透技术的应用比较

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论文题目：离子交换法和反渗透技术的应用比较

离子交换法和反渗透技术的应用比较

济宁市恒诚热力设计有限公司

摘要：本文通过工艺、运行、成本等方面进行了离子交换法和反渗透技术的应用比较。

[关键词]离子交换反渗透应用

1前言

除盐处理工艺的要求是多样的，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。

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：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。但其操作复杂烦琐；自动化操作难度大，投资高；需要酸碱再生，存在环境污染隐患；细菌易在床层中繁殖，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：是当今较先进、稳定、有效的除盐技术；工艺简单、操作方便、易于自动控制、无污染、运行成本低；原水含盐量较高时对运行成本影响不大。但其预处理要求较高、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 工艺比较

2.1离子交换法流程简介：原水经过滤进入阳床，在床中与阳树脂接触，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担。脱除CO2的水进入中间水箱，中间水泵将水送入阴床，在床中与阴树脂接触，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SiO2，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。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。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。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。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