王 磊，李建波

(威海恒邦化工有限公司 山東威海 264501)

脫鹽水是指利用水處理工藝除去懸浮物、膠體以及無機(jī)陽離子、陰離子等水中雜質(zhì)后所得到的成品水。嚴(yán)格意義上的脫鹽水意味著水中鹽類被全部去除干凈，但由于技術(shù)方面的原因及制水成本上的考慮，根據(jù)不同用途，允許脫鹽水中含有微量雜質(zhì)。

不同的水處理工藝對裝置的進(jìn)水水質(zhì)有不同的要求，而進(jìn)水水質(zhì)直接影響脫鹽水的質(zhì)量。由于受環(huán)境變化、水質(zhì)富營養(yǎng)化、泥沙淤積等因素的影響，原有預(yù)處理裝置的處理能力已無法滿足后續(xù)超濾、反滲透等裝置的進(jìn)水要求，故考慮對進(jìn)水進(jìn)行深度預(yù)處理。

一體化凈水裝置將沉降反應(yīng)、斜管重力沉降、無閥過濾3個部分進(jìn)行了有效結(jié)合，提升了沉降和過濾效率，其出水水質(zhì)最優(yōu)可達(dá)到《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ/T 206—2005)和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)的要求。一體化凈水裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、運行成本低，有效解決了水質(zhì)變差帶來的問題，可實現(xiàn)脫鹽水裝置進(jìn)水的深度預(yù)處理[1]。

1 水處理系統(tǒng)簡介

(1) 脫鹽水處理工藝流程

該水處理系統(tǒng)以多介質(zhì)過濾器與超濾裝置為預(yù)處理系統(tǒng)，反滲透裝置進(jìn)行初級除鹽處理，混合離子交換器(混床裝置)進(jìn)行最終的除鹽處理，其工藝流程如圖1所示。

圖1 初始脫鹽水處理工藝流程

(2) 多介質(zhì)過濾器

多介質(zhì)過濾器主要是利用石英砂(粒徑0.45～0.60 mm)、無煙煤(粒徑0.80～1.20 mm)濾除加藥后形成的礬花和原水帶入的顆粒物，并保證原水經(jīng)預(yù)處理后的淤泥密度指數(shù)SDI≤4.0，以滿足后續(xù)超濾和反滲透裝置對進(jìn)水水質(zhì)的要求。

(3) 超濾裝置

超濾裝置是利用膜分離原理，使用絲徑為0.80 mm(內(nèi)徑)/1.30 mm(外徑)、厚度1 μm、孔隙孔徑0.001～0.100 μm的生物超濾膜，在外界推動力(壓力)的作用下截留水中的膠體顆粒，使水和小的溶質(zhì)離子透過膜，達(dá)到對反滲透裝置進(jìn)水進(jìn)一步凈化處理的目的。

(4) 反滲透裝置

反滲透裝置以壓力差為推動力，對膜一側(cè)施加壓力，當(dāng)壓力超過溶劑的滲透壓時，溶劑便會逆著自然滲透的方向作反向滲透，從而在膜的低壓側(cè)得到透過的溶劑(滲透液)，高壓側(cè)得到濃縮的溶液(濃縮液)。為防止反滲透裝置濃水側(cè)出現(xiàn)結(jié)垢等問題，前置了加藥系統(tǒng)及5U前置過濾器。

(5) 混床裝置

經(jīng)反滲透裝置處理的工藝水通過裝有氫型陽離子交換樹脂(001x7)和氫氧型陰離子交換樹脂(201x7)的混床裝置除去水中的陰、陽離子，以達(dá)到電導(dǎo)率≤0.2 μS/cm、w(SiO2)≤20 μg/L的脫鹽水指標(biāo)要求。

2 水處理系統(tǒng)存在的問題及原因分析

2.1 存在的問題

該水處理系統(tǒng)(70 m3/h)于2010年投入使用，初期運行情況良好，產(chǎn)水率在75%以上。隨著裝置運行時間的延長，產(chǎn)水率逐漸降低，至2018年夏季下降至50%以下。

(1) 淤泥密度指數(shù)SDI

SDI是水質(zhì)指標(biāo)的重要參數(shù)之一,代表了水中顆粒、膠體和其他能堵塞各種水凈化設(shè)備的物質(zhì)的含量。系統(tǒng)初始原水經(jīng)過多介質(zhì)過濾器處理后，產(chǎn)水SDI值已高至無法進(jìn)行檢測。

(2) 系統(tǒng)產(chǎn)水率

超濾及反滲透裝置進(jìn)水端壓力高于正常運行指標(biāo)且裝置產(chǎn)水率低，超濾裝置的膜件進(jìn)出口管道在投用殺菌劑、阻垢劑的情況下依然存在大量青苔。

(3) 系統(tǒng)穩(wěn)定性

由于該水處理系統(tǒng)各裝置的進(jìn)水壓力高，導(dǎo)致超濾和反滲透裝置的膜件中間部位經(jīng)常發(fā)生爆裂，膜件使用壽命縮短，運行費用明顯上升。

2.2 原因分析

針對水處理系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，通過對水質(zhì)、裝置運行原理等分析，初步確定原因如下。

(1) 水處理系統(tǒng)采用的原水屬于河道和淺層地表水，隨著周圍生化環(huán)境、河道淤積等情況的逐漸變化，其有機(jī)物、微生物、微細(xì)泥沙等含量上升，致使SDI值居高不下。

(2) 在水質(zhì)轉(zhuǎn)差的情況下，多介質(zhì)過濾器無法截留微生物及細(xì)微物質(zhì)，導(dǎo)致其進(jìn)入超濾裝置，造成微生物孳生并堵塞微孔等，使超濾裝置運行周期縮短、產(chǎn)水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，間接造成后續(xù)反滲透裝置等產(chǎn)水率降低。

要想解決水處理系統(tǒng)存在的問題，應(yīng)從改善原始水質(zhì)入手，即設(shè)置前置的深度原水預(yù)處理裝置，以提高多介質(zhì)過濾器的預(yù)處理效果。

3 一體化凈水裝置的應(yīng)用

一體化凈水裝置集絮凝、沉降、排污、自動反沖洗等功能于一體，具有結(jié)構(gòu)簡單(圖2)、安裝方便等特點，可對河道和淺層地表水進(jìn)行強化預(yù)處理，確保原水中的懸浮物及其他影響后續(xù)水處理設(shè)施正常運行的物質(zhì)被去除，出水指標(biāo)達(dá)到原水處理系統(tǒng)的入水要求。一體化凈水裝置有效利用了水處理系統(tǒng)的設(shè)計高差，使原水經(jīng)過自流進(jìn)入該裝置，凈化處理的產(chǎn)水同樣自流返回水箱，過程中無需增設(shè)任何動力設(shè)備和操作人員。引入一體化凈水裝置后的脫鹽水處理工藝流程如圖3所示。

圖2 一體化凈水裝置結(jié)構(gòu)示意

圖3 引入一體化凈水裝置后的脫鹽水處理工藝流程

(1) 管道混合器

聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺等高效絮凝劑與原水在管道混合器內(nèi)充分混合，在多級強烈微旋渦條件下進(jìn)入混凝反應(yīng)室，發(fā)生高速分解混合反應(yīng)，以此加強后續(xù)的沉降和過濾效果。

(2) 斜管沉降分離

利用斜管沉降器停留時間長、沉降面積大、沉降時間短的優(yōu)勢，經(jīng)過充分混凝的水與絮凝劑在斜管沉淀反應(yīng)室內(nèi)使大粒徑物質(zhì)得到初步分離。

(3) 重力過濾器

重力過濾器由中間水箱、U形管、過濾室、清水箱、虹吸管等組成。經(jīng)斜管沉淀反應(yīng)室澄清的水依次通過中間水箱、U形管進(jìn)入過濾室，水自上而下通過濾料層，依靠濾料的接觸凝聚和機(jī)械篩除作用，清除水中細(xì)小顆粒，得到的清水進(jìn)入清水箱，作為下游裝置的入水。當(dāng)運行一段時間后濾料層阻力上升至一定數(shù)值，由于虹吸管的存在，清水箱內(nèi)的清水將對重力過濾器進(jìn)行反洗，直至虹吸被破壞，進(jìn)入下一個循環(huán)。

(4) 虹吸反洗原理：①過濾室中濾料阻力不斷上升，通過U形管的配水透過濾料所需要的壓力逐漸增大，若此壓力超過中間水箱的靜壓，進(jìn)水將不再透過濾料，水位會上升至虹吸管的上升管；②當(dāng)上升管的水位升至輔助管的管口時，水進(jìn)入虹吸輔助管口落下，水流帶走空氣，真空度增大，下降管中的液面不斷上升，直至上升管與下降管中的水面接觸，產(chǎn)生連續(xù)虹吸作用；③在虹吸作用下，過濾室中的濾料上部壓力驟降，下部清水區(qū)中的清水逆向穿過濾板進(jìn)入濾料層對濾料進(jìn)行反沖洗，清水箱中清水液位下降；④當(dāng)清水箱中的水位下降至虹吸破壞管管口時，氣體進(jìn)入虹吸破壞管，虹吸真空被破壞，反洗結(jié)束，進(jìn)入下一個循環(huán)。

4 運行效果

4.1 多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水的SDI變化情況

一體化凈水裝置投入運行后，多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水的SDI值和SDI變化趨勢如表1和圖4所示。

表1 多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水的SDI值

編號SDI(max)SDI(min)15.965.4225.685.3535.425.2945.415.2455.474.9865.324.8275.424.8285.384.7395.534.85105.244.53115.124.50124.934.09134.244.01

從表1數(shù)據(jù)并結(jié)合圖4變化趨勢可知，多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水的SDI值由一體化凈水裝置投運前的過高無法檢測變?yōu)榭蓽y，且SDI值隨著運行時間的延長呈現(xiàn)下降趨勢，說明該裝置對懸浮物、淤泥等截留效果較好。

圖4 多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水的SDI值變化趨勢

4.2 超濾和反滲透裝置入水壓力變化情況

一體化凈水裝置投入運行后，超濾和反滲透裝置入水壓力變化情況如表2和圖5所示。

從表2數(shù)據(jù)并結(jié)合圖5變化趨勢可知：在一體化凈水裝置投用前，隨著懸浮物、淤泥等物質(zhì)的截留效果變差，超濾和反滲透膜件出現(xiàn)堵塞，導(dǎo)致超濾和反滲透裝置的進(jìn)水壓力呈上升趨勢；而一體化凈水裝置投用后，截留效果增強，加之加強對超濾和反滲透膜件的反洗，使得堵塞情況改善，超濾裝置的進(jìn)水壓力基本趨于穩(wěn)定，而反滲透裝置的進(jìn)水壓力呈下降趨勢，有效延長了膜件的運行周期。

表2 超濾和反滲透裝置入水壓力變化情況

序號入水壓力/MPa超濾裝置反滲透裝置10.200.0720.210.0730.210.0940.230.1050.260.1260.260.1770.280.1980.260.1890.260.16100.250.14

圖5 超濾和反滲透裝置入水壓力變化趨勢

4.3 注意事項

一體化凈水裝置主要是利用斜管沉降及重力沉降的方式強化水處理效果，其產(chǎn)水量的主要影響因素在于系統(tǒng)是否通暢以及過濾介質(zhì)的反洗潔凈度。該裝置利用虹吸原理實現(xiàn)全自動反清洗，若虹吸裝置維護(hù)不到位會發(fā)生頻繁反洗[2]，造成產(chǎn)水量降低，甚至無水產(chǎn)出。