纤维过滤器在盐水精制中的应用

１前言
隔膜法烧碱对盐水质量的要求虽不如离子膜电解法烧碱严格，但高质量的精制盐水对于隔膜法烧碱的电槽正常运行，提高隔膜使用寿命，降低槽压、降低电耗有着十分重要的意义。
传统的隔膜碱对盐水中!（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）≤７ｍｇ／Ｌ的要求，在葛化集团武汉祥龙电业股份有限公司氯碱厂已被更高的要求所代替。目前该厂绝大部分进槽盐水中的Ｃａ２＋、离子质量浓度均为零（用常规分Ｍｇ２＋析方法检测不到Ｃａ２＋、），一旦出现Ｃａ２＋、质量Ｍｇ２＋Ｍｇ２＋浓度达到３ｍｇ／Ｌ，即被视为盐水质量不正常。
靠传统的“沉降＋砂滤”很难获得高质量的进槽盐水。该厂１９９４年就在隔膜碱中采用二次过滤盐水，当时采用的３台１００ｍ２ＰＥ管过滤器（二开一备），从１９９４年至２００４年，ＰＥ管过滤器在确保盐水质量，降低电解电耗中起到了较大作用。该法的主要缺点是需要预涂和本体给料α纤维素。实际上ＰＥ管只起到骨架作用，α纤维素才起过滤作用，盐水二次精制的运行费较高（每吨两三元），更为严重的是，随因是卤水中含有铵（或胺），要除铵就必须加次氯酸钠，这就造成因加次氯酸钠而带入的氯酸根及游离氯对ＰＥ管的严重腐蚀。因此，寻求ＰＥ过滤器代用品已迫在眉睫。
２纤维过滤器简介
纤维过滤器是采用经过特殊成形处理的纤维束为过滤元件。该过滤器的纤维床内部设有由若干个胶囊组件构成的加压室，在过滤器外部设有胶囊充水和排水装置。过滤时，通过胶囊充水装置向胶囊内充入一定量的水，纤维滤床被压缩，形成变隙滤床，从而实现深层过滤的理想状态。清洗过滤器时，通过原水的压力使胶囊内部的水排出，纤维滤床变得疏松，在清洗水流和清洗空气的作用下使纤维滤层得到彻底的清洗。着卤水代盐比例的提高，ＰＥ管使用寿命从３ａ降低到不足１ａ，每换１次ＰＥ管的费用为１０万元／台，使得更换ＰＥ管费用又成为较重的负担。ＰＥ管寿命变短的原 纤维过滤器可获得深层过滤效果，具有截污容量大，过滤速度快，出水水质好等优点。
３纤维过滤器用于盐水过滤的试验
纤维过滤器以前一般应用在电力、纯水生产及污水处理等行业，２００４年前未见有用于盐水精制的 道。此前祥龙电业热电厂已成功使用该过滤器达５ａ以上，但是用于盐水精制则纤维要具有耐温度（纤维长期处于５０～６０℃状态下工作）、耐化学腐蚀等特点。为了论证纤维过滤器用于盐水过滤的可行性，该在２００４年１０月进行了纤维过滤的试验工作，由设备生产厂家提供试验纤维。
３．１试验目的
  试验目的为确定截污能力；过滤精度；纤维耐腐蚀情况。
３．２试验方法
３．２．１截污能力及过滤精度
将纤维放入$５０ｍｍ，长约一千五百毫米的玻璃管内，纤维高度２００ｍｍ，将沉清槽出口盐水放入玻璃管上端，靠液体重量压紧纤维过滤后，盐水从玻璃管下端流出，分析玻璃管进出口Ｃａ２＋、含量，从出Ｍｇ２＋口分析数据则可知过滤精度，从进出口分析数据、过滤流量及过滤时间（在约一米压差下，不能过滤为止）即可计算出截污能力。
（１）过滤精度
过滤精度以Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋为依据，来分析其他固体物。
经测试进口Ｃａ２＋、的质量浓度平均为０．７１５ｍｇ／Ｌ  Ｍｇ２＋和３．３８０ｍｇ／Ｌ，出口Ｃａ２＋、  Ｍｇ２＋的质量浓度平均为０．１２６ｍｇ／Ｌ、１．０２０ｍｇ／Ｌ；砂滤器出口Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋的质量浓度平均为０．１３８ｍｇ／Ｌ。
（２）截污能力
试验流量为１．３Ｌ／ｍｉｎ，滤管内径０．０５ｍ，滤层高度０．２ｍ，进口平均Ｃａ２＋、质量浓度为４．１２ｍｇ／Ｌ，出Ｍｇ２＋口平均Ｃａ２＋、质量浓度为０．９９２ｍｇ／Ｌ，反洗周期约Ｍｇ２＋九十小时。截污能力为１１．３ｋｇ／ｍ２。
３．２．２!耐腐测试
将纤维分别放入质量分数约为百分之八的次氯酸钠原液及氯水（干燥氯气冷却器排出的氯水），经浸泡４ｄ后取出，氯水浸泡后的纤维已无强度，轻拉即碎，浸泡次氯酸钠的纤维手拉强度尚好，继续浸泡６ｄ后，再将浸泡的纤维取出，与未浸泡的纤维对比，各取４根纤维丝作挂重试验，未浸泡的纤维在承重３２９ｇ后断裂，浸泡次氯酸钠的纤维承重２２９ｇ后断裂。
３．３试验结论与分析
  （１）纤维过滤可用于盐水精制过滤，且精度优于砂滤器。
  （２）由于是常压过滤，纤维未压紧，且可能有壁流现象，若处于生产状态的纤维压紧，且加压过滤，精度及流量都会提高。
  （３）生产状态时纤维压紧，截污能力会比试验状态下降。
  （４）纤维耐腐蚀情况。因是强化试验，次钠和氯气（氯气或游离氯）对纤维都有腐蚀，但盐水中的次钠质量浓度只有０．００３～０．０３０ｇ／Ｌ，纤维在水处理中可用１０ａ以上，在盐水中尚无结论，估计可能使用三
四年，而换一次纤维每台只用二万元左右。
４纤维过滤器使用情况
４．１使用效果
鉴于试验情况和分析结论，该厂于２００５年１月开始整体订购$２５００ｍｍ纤维过滤器２台（一开一备，按１５０ｍ３／ｈ清液能力设计），于２００５年４月投产。取纤维过滤器使用前后的２个月进槽盐水分析数据相比，未用前进槽盐水Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋月平均质量浓度为１．４９４ｍｇ／Ｌ，使用后为０．０５１６ｍｇ／Ｌ，其中９５．５％分析数据为零。从以上分析数据可知，纤维过滤完全达到当初的过滤精度的要求。
４．２出现问题
设备运行到２００６年１月，过滤器出现纤维掉落，过滤精度下降的现象，经拆开过滤器检查，发现纤维挂钩（不锈钢）断裂，纤维未断，但强度下降，纤维污损情况轻微（说明纤维反洗再生能力强），设备内受压元件出现变形。
４．３原因分析
  （１）根据以往盐水生产经验，即从化盐桶到精盐水槽，除中和槽外均使用碳钢，未采取防腐措施，在试验中也没有考虑纤维挂钩的耐腐性能。
（２）通过试验，盐水对纤维的腐蚀情况是存在的，但估计用三四年是有可能的（厂家承诺１０ａ，是根据在纯水及污水使用中的情况），据检查纤维情况，估计寿命在两三年。
（３）导致腐蚀的根本原因是为了除铵在精盐水中加入了次氯酸钠，导致盐水中出现微量（０．００３～０．０３０ｇ／Ｌ）次钠及游离氯（由耐腐试验可知，游离氯对纤维有严重腐蚀，不锈钢也不耐次钠及游离氯），次钠及游离氯是造成挂钩腐蚀及纤维强度降低的直接原因。
４．４改进及完善
（１）全部更换挂钩，由不锈钢改为钛材。
（２）更换纤维，由于设备处在设备生产厂的保质期内，由设备生产厂免费更换纤维。
（３）改变盐水工艺流程，将加次钠的位置放在纤维过滤器之后，彻底改变过滤设备接触次钠及因加次钠产生的游离氯。
（４）挂钩由不锈钢改钛材后，成本约有上升（１台约一万元），也可选用合适的非金属材料。
（上接第３０页）（５）因过滤器是按水处理设备设计的，从受压元件变形上来看，设备生产厂家应按化工压力容器来设计，提高受压元件的强度。
５结论
（１）纤维过滤器完全可以代替ＰＥ管加α纤维素的过滤方法，两者相比，前者具有投资省，无运行费（除动力电外），操作简便，更换滤料费用低，纤维再生、反洗性能良好等特点。
（２）纤维过滤器属于深层过滤，过滤精度可通过水囊压力调节，而砂滤器严格来讲属表面过滤，过滤精度低于纤维过滤器。
（３）纤维过滤器适用于传统“沉清＋砂滤”的隔膜碱生产厂家，且使用后由于盐水质量提高带来的电槽收益（隔膜寿命提高及节电）远远大于纤维过滤器本身的投入。
  （４）该厂纤维过滤器是在传统砂滤器之后，两者并存，砂滤器进出口及纤维过滤器出口Ｃａ２＋、的Ｍｇ２＋质量浓度分别是：
沉清桶出口：２．４５３７ｍｇ／Ｌ；砂滤器出口：１．４９４ｍｇ／Ｌ；纤维过滤器出口：０．０５１６ｍｇ／Ｌ。
砂滤器过滤面积为３２．１５ｍ２（２台同时用）；纤维过滤器面积为４．９ｍ２／台（２台，一开一备），每小时盐水流量约为一百二十立方米。砂滤器反洗周期５０ｈ；纤维过滤器反洗周期为１２０ｈ。砂滤器截污能力为０．１７９ｋｇ／ｍ２；纤维过滤器截污能力为４．２３ｋｇ／ｍ２。
  若取消砂滤器直接用纤维过滤器，所需面积为１３．８ｍ２（假设纤维过滤器反洗时间由１２０ｈ改为４８ｈ）。需３０００ｍｍ，Ｆ＝７．１ｍ２纤维过滤器３台（二开一备），或进一步缩短反洗周期。
  （５）盐水生产中若需加入次氯酸钠来除铵（胺），则要考虑其加入点，否则对纤维有腐蚀作用，缩短纤维寿命。