一次有意义的反渗透系统除垢中试

来源:《中国石油和化工产业观察》杂志

作者:布尔


煤化工企业主要通过反渗透技术实现废水零排放或近零排放。但在煤气化过程中,煤炭中的硅会以正硅酸的形态存在于废水中,在反渗透膜表面沉积结垢。若废水中正硅酸浓度达到一定数值,远超其溶解度后,会对反渗透膜造成不可逆的污染,严重影响膜元件的使用寿命。

因此,业内普遍采用阻垢剂缓解煤化工废水中硅的结垢和沉积。常用阻垢剂为聚羧酸类、有机磷酸类的水溶性有机物或聚合物。

如何在使用阻垢剂的情况下,最大限度地延长反渗透膜的清洗周期和使用寿命,即探究反渗透系统耐受的硅极限浓度为多少,成为业界关注重点。

为了探索煤化工反渗透浓缩过程中硅结垢的边界条件,某公司通过中试装置模拟了整个高盐水反渗透系统的处理过程,并进行了破坏性实验,测试了在使用不同阻垢剂的情况下反渗透系统耐受的硅极限浓度。

这次中试装置来水为高盐水回用系统进水,流量约1立方米/小时,软化澄清段投加药剂为石灰、碳酸钠、三氯化铁和聚丙烯酰胺,出水总硬度控制在100毫克/升(以碳酸钙计)以下,PH用在线试剂维持在10.7~11。

由于来水硅波动性大、中试系统反渗透回收率偏低,在软化澄清池进水处投加一定量的硅酸钠以维持进入反渗透系统的硅浓度在较高水平。

在澄清池出水投加盐酸,使PH值降至8左右后进入砂滤。砂滤出水通过精密过滤器后进入超滤系统。超滤出水投加阻垢剂(PC-510T和PC-520,加药量按进水计为15毫克/升)、还原剂(亚硫酸氢钠)和非氧杀菌剂(二溴氰乙酰胺,每天投加1次)后进入反渗透系统。反渗透系统由两个反渗透膜组件组成。

反渗透进水流量设计值约0.76立方米/小时、产水为0.38立方米/小时、浓水排水为0.38立方米/小时,总回收率控制在50%左右,其中浓水回流量为1立方米/小时。

由于中试装置中大部分浓水回流,一旦发生结垢现象,浓水中胶体物质无法有效排走。

为了对实际系统运行提供指导,这次中试系统的结垢速度特意设定了比实际装置系统运行(无浓水回流或少量浓水回流)快很多倍。

中试试验期间,两种阻垢剂在浓水中浓度维持在30毫克/升、浓水回收率维持在50%、脱盐率约95%。

第一阶段浓水中可溶性二氧化硅浓度维持在300毫克/升左右,第二阶段提高到400毫克/升左右。

通过对试验反渗透进水4次取样分析表明,当反渗透系统进水中硅浓度达到350~380毫克/升时,不仅提高了进水适应性,还在有效防止硅结垢沉积的同时大大减少了反渗透膜系统的清洗频率。


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