針對目前化肥企業(yè)鍋爐用水采用傳統(tǒng)的離子交換法存在酸堿消耗大、污染嚴(yán)重、水質(zhì)穩(wěn)定性差、自動(dòng)化程度低、設(shè)備運(yùn)行有維修費(fèi)用高等缺點(diǎn)，大多數(shù)企業(yè)在水處理系統(tǒng)改造時(shí)逐漸采用反滲透技術(shù)。由于化肥企業(yè)鍋爐及工藝用水具有用水量大、水質(zhì)要求高、原水水質(zhì)較差且系統(tǒng)投資大等特點(diǎn)，反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是否科學(xué)合理將會(huì)直接影響到系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、平穩(wěn)、可靠運(yùn)行。

       處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        反滲透系統(tǒng)能否安全有效運(yùn)行，預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理至關(guān)重要。一般而言，地下水水質(zhì)含鹽量大、水質(zhì)穩(wěn)定，污染指數(shù)SDI低，微生物含量低，預(yù)處理較為簡單，但需加強(qiáng)原水阻垢處理。地表水含鹽量低但水質(zhì)不穩(wěn)定，隨季節(jié)變化大，懸浮物、膠體、有機(jī)物和微生物含量高，SDI高，極易產(chǎn)生膜的污堵，對它的預(yù)處理要比地下水復(fù)雜的多。

        設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)用戶提供的水源常規(guī)分析項(xiàng)目水中的各類陰、陽離子、及綜合分析項(xiàng)目（SDI、濁度、BOD、COD）指標(biāo)來確定合理的預(yù)處理方案。

        設(shè)計(jì)多介質(zhì)過濾器時(shí)地表水應(yīng)確保濾速小于10m/h，地下水水質(zhì)較好時(shí)可控制在15 m/h以下。

        處理還原態(tài)井水中的二價(jià)鐵，通常采用的方法是曝氣法和錳砂過濾除鐵法。

        使用市政自來水作為原水時(shí)要特別注意游離氯的含量，當(dāng)游離氯的含量大于0.1mg/L時(shí)應(yīng)進(jìn)行脫氯處理，余氯可以通過活性炭或化學(xué)還原劑還原為無害的氯離子，一般在小型系統(tǒng)中采用活性炭法，而在大型系統(tǒng)中通常采用化學(xué)還原劑法。

        活性炭脫氯的反應(yīng)過程如下：
        C+2CI2+2H2O    4HCI+CO2

        在有些情況下，炭床被可能成為微生物的滋生場所，微生物也會(huì)引起膜的污染，所以還需要采取措施降低微生物的生長。

        偏亞硫酸鈉（SMBS）是最常用于脫除游離氯的還原劑，其它的還原劑如二氧化硫，但與SMBS相比，價(jià)格沒有競爭力。偏亞硫酸鈉（SMBS）溶于水時(shí)形成亞硫酸鈉（SBS）：    Na2S2O5+H2O   2NaHSO3

        然后SBS按如下反應(yīng)還原成鹽酸：
        NaHSO3+HOCI=HCI+NaHSO4

        SMBS雖然脫氯速度很快，為了保證完全反應(yīng)，推薦使用表態(tài)混合器，以使溶液充分混合均勻。  

        為了安全起見還應(yīng)在混合下游安裝氧化還原電極（ORP）檢測氯的含量，當(dāng)檢測到余氯時(shí)，電極信號將激活報(bào)警并停止高壓泵。

        針對一些水質(zhì)較差的地表水，應(yīng)考慮采用超濾（UF）作為預(yù)處理，超濾能夠有效地去除水中的懸浮物、膠體、有機(jī)大分子、細(xì)菌、微生物等雜質(zhì)，經(jīng)超濾處理后水的SDI<1,但超濾(UF)裝置投資較大,操作維護(hù)較復(fù)雜。

        進(jìn)水來自經(jīng)混凝、澄清處理后的地表水，水溫隨季節(jié)變化較大，而反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水量受水溫的變化影響較大，在壓力恒定的條件下，水溫每變化1℃，其產(chǎn)水量大致增減2.7%；為了彌補(bǔ)因冬季水溫較低而致使反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水水量下降的情況，同時(shí)考慮運(yùn)行成本，應(yīng)考慮采用熱交換器將原水加熱使其維持在20℃左右。如暫時(shí)無換熱條件，在設(shè)計(jì)反滲透系統(tǒng)時(shí)應(yīng)特別注意溫度這一因素。

        為了防止在反滲透膜濃水側(cè)溶解性物質(zhì)因不斷濃縮達(dá)到過飽和狀態(tài)而析出（結(jié)垢），在大型系統(tǒng)中防止結(jié)垢的辦法通常采用添加阻垢劑。

        阻垢劑的選型及投加量取決于原水水質(zhì)，大型系統(tǒng)推薦選用進(jìn)口多元共聚復(fù)合阻垢劑，它可以提高水中的難溶物質(zhì)的飽和度。其作用機(jī)理分別為：抑制析出作用、分散作用、晶格扭曲作用、絡(luò)合作用。

        預(yù)處理系統(tǒng)比較保守的設(shè)計(jì)，通常能使反滲透系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定，能增強(qiáng)對水質(zhì)變化的適應(yīng)性；雖然保守的設(shè)計(jì)會(huì)使初期投資費(fèi)用較高，但與系統(tǒng)穩(wěn)定性及設(shè)備檢修費(fèi)用相比是有價(jià)值的。

        設(shè)計(jì)科學(xué)、完善的預(yù)處理，才能保證反滲透系統(tǒng)進(jìn)水符合要求，從而降低膜的污染，延長膜的使用壽命，確保產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定。反之，如預(yù)處理達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，則后果十分嚴(yán)重。

        反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須綜合考慮到其運(yùn)行的安全、穩(wěn)定、技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性、易于操作和維護(hù)、設(shè)備空間限制及環(huán)境保護(hù)等諸多方面的要求。

        大多數(shù)膜的生產(chǎn)廠家為了方便用戶進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，都有自己的設(shè)計(jì)軟件，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇水質(zhì)類型是十分重要的。針對不同的水質(zhì)設(shè)計(jì)軟件有不同的設(shè)計(jì)邊界條件（設(shè)計(jì)報(bào)警值）。從RO/UF的滲透液(SDI〈1)，到井水（SDI〈3），到軟化地表水（SDI=3）到地表水（SDI〈5〉等，水質(zhì)逐漸變差，所以其邊界條件漸趨嚴(yán)格。

        大型系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)回收率是用戶比較關(guān)心的一個(gè)重要參數(shù)，回收率設(shè)定太高，濃水側(cè)難溶鹽的濃度（濃水pH、LSI、離子強(qiáng)度、HCO3-、CO2、總堿度），也會(huì)相應(yīng)增大，這些參數(shù)超過設(shè)計(jì)報(bào)警值時(shí)需要調(diào)節(jié)進(jìn)水PH值或進(jìn)水中加阻垢劑。

        根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的反滲透膜元件的選用導(dǎo)則確定膜的類型及數(shù)量，在確定了壓力容器的排列方式時(shí)，通常二段排列容器比為2：1，三段排列容器比為4：2：1。

         一個(gè)設(shè)計(jì)模型的建立往往要經(jīng)過反復(fù)比較、修改才能完成，經(jīng)過多次調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)軟件將計(jì)算結(jié)果不斷地與邊界條件比較，直到各邊界條件均收斂，同時(shí)滿足各限制范圍要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論模型才算建立完畢。

         一個(gè)完整的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果包含九部分內(nèi)容：1.文件頭信息；2.系統(tǒng)主要參數(shù);3.各段具體參數(shù);4.系統(tǒng)各部分離子濃度;5.系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)警;6.溶解度報(bào)警;7.結(jié)垢計(jì)算結(jié)果;8.段內(nèi)詳細(xì)參數(shù);9.法律說明.判斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否有問題應(yīng)首先查看系統(tǒng)設(shè)計(jì)和溶解度有沒有報(bào)警。

         反滲透系統(tǒng)機(jī)架不宜設(shè)計(jì)太高，一般高度應(yīng)控制在2米以下，以便于膜管及配套管閥的安裝、拆卸及維修。管閥布置應(yīng)充分考慮操作、調(diào)節(jié)及維修方便，應(yīng)盡量集中布置。

         反滲透系統(tǒng)高壓管道通常采用不銹鋼，對于一般的苦咸水或自來水采用SS（SUS）304或1Cr18Ni9Ti(國產(chǎn))，水的流速>1.5m/s。低壓管道采用鋼襯膠、ABS、U-PVC均可。
每只膜管出水端應(yīng)設(shè)置取樣閥，以方便監(jiān)測單支膜管水質(zhì)，判斷膜的污染情況。

         系統(tǒng)的運(yùn)行狀況如流量、壓力、水質(zhì)必須實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，有關(guān)儀表可分為測量儀表和控制儀表。

         在線測量儀表包括：

        1．流量儀表：測定濃水和產(chǎn)水流量。

        2．壓力儀表：測定保安過濾器進(jìn)出口壓力，反滲透組件進(jìn)出口壓力，高壓泵入口壓力，產(chǎn)水壓力。

        3．水質(zhì)儀表：測定進(jìn)水SDI，進(jìn)水、產(chǎn)水電導(dǎo)率，進(jìn)水、產(chǎn)水PH，進(jìn)水余氯，進(jìn)水溫度。

        控制儀表包括：

        1．低壓開關(guān)：置于高壓泵進(jìn)水端，以免高壓泵因缺水而損壞；

        2．高壓開關(guān)：置于反滲透膜進(jìn)水端，以免高壓造成膜元件損壞；

        3．氧化還原反應(yīng)（ＯＲＰ）儀：檢測進(jìn)水游離氯含量；

        4．高溫開關(guān)：進(jìn)水側(cè)裝置，以免水溫過高造成膜元件損壞；

        5．電導(dǎo)率開關(guān)：產(chǎn)水側(cè)設(shè)置，產(chǎn)水電導(dǎo)過高則排放，以保護(hù)下游設(shè)備；

        6．高、低、PH值開關(guān)；進(jìn)水側(cè)裝置，防止裝置結(jié)垢或膜水解。

         還可根據(jù)實(shí)際情況增設(shè)其它測量和監(jiān)測儀表。

         控制系統(tǒng)

         控制系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

         硬件系統(tǒng)由現(xiàn)場過程儀表、液位開關(guān)、電機(jī)控制裝置、可編程控制器、觸摸屏等組成。

         軟件控制系統(tǒng)主要是根據(jù)反滲透系統(tǒng)運(yùn)行要求進(jìn)行順序控制和聯(lián)鎖，對于自動(dòng)化程度較高的企業(yè)控制系統(tǒng)可與全廠DCS系統(tǒng)連接。

        控制系統(tǒng)對高壓泵的控制一項(xiàng)主要內(nèi)容是防止高壓泵啟動(dòng)、停止時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊。通常采用的方法是在高壓泵出口安裝電動(dòng)慢開閥、高壓泵采用軟啟動(dòng)器或變頻器控制等方法，具體采用那一種控制方式，應(yīng)根據(jù)高壓泵水的流量、壓力、功率等因素決定。

        控制系統(tǒng)的另一項(xiàng)主要任務(wù)反滲透膜的定時(shí)沖洗，為防止反滲透系統(tǒng)運(yùn)行一定時(shí)間后濃水側(cè)亞穩(wěn)態(tài)的結(jié)垢物質(zhì)出現(xiàn)結(jié)垢，需定期以低壓、大流量的進(jìn)水對膜進(jìn)行沖洗，以保護(hù)反滲透膜。

        軟件控制系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)需要提供流程控制畫面、聲光報(bào)警、運(yùn)行數(shù)據(jù)檢索、報(bào)表打印、自動(dòng)開關(guān)機(jī)等功能。

        清洗、沖洗系統(tǒng)

        無論預(yù)處理如何徹底，反滲透經(jīng)過長期使用后，膜表面仍會(huì)受到結(jié)垢的污染；因此，必須在反滲透系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一套在線清洗（CIP）系統(tǒng)。

        反滲透清洗系統(tǒng)作用是根據(jù)反滲透膜污染的情況，配制一定濃度的特定的清洗溶液，清除反滲透膜中的污染物質(zhì)，以恢復(fù)膜的原有特性。

       總之，化肥企業(yè)大型反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的選擇是多方面因素綜合考慮的結(jié)果，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮工藝的科學(xué)性、合理性、技術(shù)先進(jìn)性、也要考慮設(shè)備投資的性價(jià)比，以節(jié)約設(shè)備投資、降低產(chǎn)水成本；而且應(yīng)根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的設(shè)備條件盡量合理改造現(xiàn)有預(yù)處理設(shè)備，減少占地面積，合理而已設(shè)備，以便操作維護(hù)。

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