導(dǎo)向反滲透裝置在宣鋼工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

楊 棟

（河鋼集團(tuán)宣化鋼鐵公司，河北宣化 075100）

0 引言

宣鋼工業(yè)廢水處理設(shè)施投建于2008年，深度處理工藝為：中水→機(jī)械過濾器→超濾→一級反滲透→回用水。回用水一部分直接回到中心泵站清水池作為工業(yè)水回用，另一部分經(jīng)過二級反滲透裝置制備成軟水直供廠區(qū)用戶。因深度處理的水源為前期預(yù)處理的中水，水質(zhì)仍較差，加上預(yù)處理工序中其他因素影響，造成反滲透膜在經(jīng)過一段時間運(yùn)行后，膜進(jìn)水端污堵嚴(yán)重，使反滲透設(shè)施產(chǎn)水量和產(chǎn)水水質(zhì)受到較大影響，尤其是一部分軟水屬于直供用戶，產(chǎn)水量和產(chǎn)水水質(zhì)變化會直接影響用戶使用和公司產(chǎn)品品質(zhì)。另外，膜端污堵嚴(yán)重時還會造成濃鹽水水量增加、反滲透進(jìn)水壓力升高等問題，造成不必要的水資源浪費(fèi)及安全運(yùn)行隱患。深度處理站原反滲透裝置已不能適應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)對反滲透水品質(zhì)和量的需求。

為了解決深度水處理原反滲透裝置存在的問題和缺陷，改善反滲透出水水質(zhì)和水量，宣鋼決定對原反滲透裝置進(jìn)行升級改造，將常規(guī)反滲透裝置改為新型導(dǎo)向反滲透裝置。本文敘述了反滲透裝置改造的必要性，重點(diǎn)介紹了新型導(dǎo)向反滲透裝置的特點(diǎn)和工作原理，并對導(dǎo)向反滲透裝置投用后的效果進(jìn)行了總結(jié)分析。

1 原反滲透裝置存在的問題

宣鋼焦化和燒結(jié)生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)生化和脫硫廢水外排的情況，因生化廢水中的氛氰類和苯環(huán)類物質(zhì)對反滲透膜的同化腐蝕，以及脫硫廢水中硫酸鎂、硫酸鈣等微溶垢類的污堵，造成了深度水處理一級反滲透膜進(jìn)水端污堵嚴(yán)重，進(jìn)水壓力和膜段間壓力升高，產(chǎn)水量降低。原反滲透膜是采用國產(chǎn)時代沃頓膜元件，污堵快，產(chǎn)水率下降明顯，且清洗時不易恢復(fù)膜的性能，平均壽命約1年，相比進(jìn)口反滲透膜元件3～5年的使用壽命，經(jīng)濟(jì)性低。自2019年后半年開始，一級反滲透單組產(chǎn)水量已由設(shè)計的210m3/h下降到100m3/h，且產(chǎn)水水質(zhì)惡化，直接影響了工業(yè)水水質(zhì),以及軟水的產(chǎn)水量和水質(zhì)，造成廠區(qū)軟水供應(yīng)緊張。另外還造成軟水循環(huán)處理系統(tǒng)樹脂罐再生頻次增加，嚴(yán)重影響了公司正常的生產(chǎn)秩序。宣鋼深度水處理原反滲透裝置為常規(guī)工藝設(shè)計，即一端進(jìn)水，中心管收集產(chǎn)水，另一端出濃水的工藝設(shè)計。由于進(jìn)水水質(zhì)為中水，水質(zhì)較差，造成常規(guī)反滲透裝置問題頻發(fā)。其主要問題歸納如下：

（1）國產(chǎn)膜的抗污染能力較差。目前看國產(chǎn)膜處理水源僅適用于清水或生活污水處理后的中水，污染物單一且沒有工業(yè)類的污染物。

（2）SS和膠體的污染易發(fā)生在一段的首支膜元件上；硬度結(jié)垢的污染易發(fā)生在二段，特別是二段的末端膜元件上；有機(jī)物的污染是整個系統(tǒng)都存在的，二段的污染比一段嚴(yán)重，此類污染會造成膜元件產(chǎn)水量下降，脫鹽率下降，產(chǎn)水水質(zhì)變差；單流向的特點(diǎn)導(dǎo)致進(jìn)水側(cè)膜的污染程度要高于出水側(cè)。

（3）目前常規(guī)的保安過濾器已不適應(yīng)水質(zhì)的特點(diǎn)，造成反滲透機(jī)組產(chǎn)水衰減較快，化學(xué)清洗周期縮短約十天，對反滲透膜造成不可逆的污堵。

（4）反滲透裝置運(yùn)行過程中，供水采用工頻泵，供水流量固定不可調(diào)。由于要考慮最大運(yùn)行工況，因此反滲透裝置實踐供水流量偏大，容易造成保安過濾器濾芯損壞，導(dǎo)致反滲透膜污染嚴(yán)重，不僅造成能源浪費(fèi)，也不利于設(shè)備合理運(yùn)行。

2 存在問題的解決方案

解決方案主要是通過改變反滲透裝置進(jìn)水方式，將常規(guī)反滲透裝置改為新型導(dǎo)向反滲透裝置，利用新型導(dǎo)向反滲透裝置的雙向進(jìn)水模式，均衡膜元件污染不均問題，并對配套設(shè)施進(jìn)行相應(yīng)改造，使其達(dá)到最佳運(yùn)行效果。

2.1 更換反滲透膜

將原來國產(chǎn)品牌時代沃頓反滲透膜更換為美國DOW公司產(chǎn)品，反滲透膜型號為BW30FR-400/34，共計1350根。

2.2 將原反滲透裝置更換為新型導(dǎo)向反滲透裝置

2.2.1 新型導(dǎo)向反滲透裝置的工作原理

新型導(dǎo)向反滲透裝置進(jìn)水方式，由原來的一端進(jìn)水改為兩端進(jìn)水，一段和二段均可正向和反向進(jìn)水，進(jìn)水方向的調(diào)整可以通過時間、流量、壓差等多種控制方式實現(xiàn)。新型導(dǎo)向反滲透裝置在進(jìn)水調(diào)向時，可以將膜表面的污染物在高壓水流的作用下沖出壓力容器，污染物不易在膜表面形成污染。進(jìn)水調(diào)向控制在污染物對膜形成染物前進(jìn)行，是可調(diào)節(jié)的，而且新型導(dǎo)向反滲透裝置不需要設(shè)置單獨(dú)的沖洗泵。

2.2.2 新型導(dǎo)向反滲透裝置的主要優(yōu)勢

整套導(dǎo)向反滲透裝置通過可控制編程器、在線檢測儀表、壓力控制器等實現(xiàn)流量、時間、壓差等的控制，自動化程度高；新型導(dǎo)向反滲透裝置抗污染性能高，清洗周期可達(dá)3個月，在焦化廢水處理應(yīng)用上，清洗周期更是達(dá)到4個月之久；來水質(zhì)量波動時，新型導(dǎo)向反滲透裝置抗污染沖擊性能好（可以通過調(diào)整進(jìn)水調(diào)向時間來控制污染程度）；新型導(dǎo)向反滲透裝置軟水的回收率更高，在相同產(chǎn)水量的條件下，進(jìn)水量小，所需藥劑成本相對較低。表1為新型導(dǎo)向反滲透裝置與原反滲透裝置對比。

表1 新型導(dǎo)向反滲透裝置與原反滲透裝置對比

2.2.3 新型導(dǎo)向反滲透裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為解決原反滲透裝置一段、二段膜，SS、膠體、硬度及有機(jī)物污染位置不同，以及水單向流動造成的前后膜污染程度不同的問題，新型導(dǎo)向反滲透裝置在反滲透膜組每段進(jìn)水端和濃水出口端設(shè)一對端口，用于模組進(jìn)行進(jìn)水和濃水循環(huán)出水功能的交替，即在新型導(dǎo)向反滲透機(jī)組運(yùn)行中，每段膜進(jìn)、出水端在一個時間段中執(zhí)行進(jìn)水功能，又在另一個時間段中執(zhí)行濃水循環(huán)出水功能。通過進(jìn)、出水功能交叉運(yùn)行，解決了膜元件受SS、膠體、硬度結(jié)垢和有機(jī)物污染位置不同造成的膜污染前后端差距較大的問題。

2.3 反滲透膜反向清洗裝置改造

為適應(yīng)新型導(dǎo)向反滲透裝置，對反滲透膜原反向清洗裝置進(jìn)行了相應(yīng)改造。通過在反向進(jìn)水端加裝上一個化學(xué)清洗管道和閥門，在正向進(jìn)水端加裝上一個三通和兩個閥門，使反滲透裝置成為正、反向都可以用化學(xué)清洗泵進(jìn)行強(qiáng)制性藥物清洗，降低了反滲透膜正、反向運(yùn)行的壓力。改造后反滲透膜組運(yùn)行壓力有了明顯的降低，反向運(yùn)行周期由原來的10天延長到25天，月清洗次數(shù)由原來的10次降至3次，從而提高了反滲透膜組的運(yùn)行效率。

2.4 保安過濾器增加反沖洗功能

原保安過濾器沒有反沖洗功能，使用周期短、污堵頻繁，因此需要對其進(jìn)行優(yōu)化改造。改造措施為：將保過濾器進(jìn)、出水管道進(jìn)行聯(lián)通，并在聯(lián)通管道上安裝閥門；在保安過濾器進(jìn)水管道上安裝排污管及排污閥門。通過上述閥門切換，可實現(xiàn)保安過濾器反沖洗功能。保安過濾器反沖洗裝置的投用，減少了濾芯污堵頻次，提高了濾芯的使用壽命。圖1為保安過濾器反沖洗改造示意圖，圖中淺色線路為新增反洗管道。

圖1 保安過濾器反沖洗改造示意圖

2.5 將工頻高壓泵改為變頻泵

為解決工頻泵流量固定不可調(diào)的問題，將每臺工頻高壓泵配套一臺變頻控制柜，使高壓泵可以在恒壓或恒流量情況下運(yùn)行，減少對反滲透裝置的影響，也可以降低能耗。

3 新型導(dǎo)向反滲透裝置的應(yīng)用效果

新型導(dǎo)向反滲透裝置和相應(yīng)改造項目通過一年多的運(yùn)行，一級反滲透產(chǎn)水指標(biāo)和產(chǎn)水量達(dá)到了設(shè)計要求，反滲透膜的抗污染能力提高、使用壽命大幅延長、節(jié)電效果顯著。表2為反滲透裝置改造前后系統(tǒng)指標(biāo)對比情況。

表2 反滲透裝置改造前后系統(tǒng)指標(biāo)對比情

（1）改造后，一級反滲透產(chǎn)水指標(biāo)和產(chǎn)水量達(dá)到了設(shè)計要求，單套設(shè)備產(chǎn)水量210m3/h。產(chǎn)水電導(dǎo)率大幅下降，中心泵站工業(yè)水水質(zhì)得到了明顯改善，進(jìn)而帶動廠區(qū)各循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)好轉(zhuǎn)，為公司生產(chǎn)提供了更有力的保證。

（2）反滲透高壓泵改為變頻控制后，使高壓泵的性能得以最大發(fā)揮。改造前高壓泵工頻運(yùn)行電流為340A，改造后電機(jī)在34Hz運(yùn)行，運(yùn)行電流為200A，節(jié)能效果非常顯著。初步統(tǒng)計，按年作業(yè)300天計，4臺380V電壓的高壓泵年節(jié)電量約193.34×104kW.h。電費(fèi)按0.61元/（kW.h）計，年節(jié)省電費(fèi)約為117.94萬元。

（3）間接效益顯著。改造完成后，工業(yè)廢水處理系統(tǒng)各工序出水和工業(yè)水水質(zhì)指標(biāo)得到明顯改善，而廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)在工業(yè)水指標(biāo)好轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，循環(huán)水濃縮倍數(shù)得到較好的控制，系統(tǒng)補(bǔ)水量和排污置換水量明顯降低。

4 結(jié)語

隨著國家產(chǎn)業(yè)和環(huán)保政策的不斷收緊，以及市場競爭的不斷加劇，近年來宣鋼在節(jié)能降耗、降本增效工作上一直在加大力度。鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，因此提高工業(yè)廢水回用率，降低新水取水量是宣鋼必須要采取的措施。因宣鋼原反滲透裝置工藝技術(shù)落后，關(guān)鍵的產(chǎn)水水質(zhì)和產(chǎn)水量指標(biāo)已不能適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)需求，故此次對原反滲透裝置及其配套設(shè)施的升級改造是必要。

實踐證明，新型導(dǎo)向反滲透裝置在宣鋼深度水處理系統(tǒng)的成功應(yīng)用，提高了宣鋼工業(yè)廢水的回用率，避免了各種廢水因膜污堵、處理能力降低而發(fā)生的外排事故。在保證產(chǎn)水水質(zhì)的前提下，反滲透裝置產(chǎn)水量也達(dá)到了設(shè)計要求。另外由于反滲透產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)于直采水，反滲透裝置產(chǎn)水量增加也保證了工業(yè)水水指標(biāo)。企業(yè)節(jié)能、環(huán)保、降本效果顯著。