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纤维球滤料+反渗透膜法处理高含盐水废水在钢铁厂中的应用

发表时间：2020/11/17 来源：《基层建设》2020年第21期作者：刘明远段小冰净晓星侯志广

[导读]

        北京首钢股份有限公司
        某钢铁厂所处的地区水资源匮乏，为减少钢铁生产用水保护环境，一期产生的高含盐水供给下级用户，用于高炉冲渣、炼钢焖渣等用户。而在中水脱盐一期工程中，产生高含盐废水428 m3/h，但下级用户需求量仅仅200—250 m3/h，约50%的高含盐废水无法处理再利用，只能采取外排，造成环境污染和水资源的浪费。
        因此对除盐水站进行工程改造，摸索试验一种新工艺，可以达到节约新水，避免高含盐废水排放，降低生产运行成本的目的，使排污水实现了零排放。

                       图4 一级高含盐水水质表
        1工业试验
        1.1 工业性试验目的
        对于处理回收高含盐废水，我们发现国内通用的水处理工艺或措施（回流法、回用作生产用水、混合排放、资源化利用、膜蒸馏、蒸发浓缩、直接或间接排放等）均存在不同程度的投资高、运行成本高或环保效益低等问题。
        根据高含盐废水电导率高、含盐量高的特点，我们尝试采用新工艺、新技术来进行深度处理，初步选择膜法工艺进行深度脱盐回收处理。
        根据膜分离过程中所能分离物质的不同尺寸，我们选择反渗透膜来进行高含盐废水深度脱盐回收。
        1.2工业性试验结论
        工业性试验时间自2011年6月15日至2011年10月22日，通过分析工业性试验厂家的实验数据得出如下结论：
        （1）高含盐水的回收率可以达到50%以上，满足设计要求。
        （2）清洗周期长短，影响到了RO膜的正常工作，LFC3-LD运行时间更长，清洗后性能恢复更好。
        2 工程设计
        2.1设计原水水源、水温、水质
        （1）设计原水水源：一级高含盐水
        （2）原水水温：25℃
        （3）原水水质：原水水质如图4所示
        2.2 工艺流程
        工艺流程选用：高含盐废水→纤维过滤器→保安过滤器→浓水反渗透。该流程选用合理，适用于迁钢公司高含盐废水（一级RO浓水）进行深度脱盐回收。简要工艺流程框图如下：

        图5 高含盐废水深度脱盐回收工艺流程图
        2.3 预脱盐系统水量平衡图：
        水量平衡图如图6所示

                             图6水量平衡图
        （注：RO回收率：50%。）
        2.4 工艺系统简述
        高含盐废水深度脱盐回收工程工艺主要设施包括预处理系统，二级反渗透系统两部分。
        为节省投资，纤维球过滤器与原1#除盐水站站内的多介质过滤器共用反洗水泵，二级反渗透冲洗水泵与一级反渗透冲洗水泵共用。
        2.4.1预处理系统
        预处理系统可以有效降低反渗透膜的污染负荷，从而降低反渗透膜的化学清洗频率，减少运行费用。
        a）一级反渗透浓水池——纤维球过滤器供水泵
        用于贮存进入本系统的原水，其目的是为了调节进水流量的变化，防止进水波动影响到系统运行，保证预处理系统的进水量及进水水质的稳定。有效容积为400m3。并设置2台供水泵。
        b）纤维球过滤器
        用于去除高含盐废水中的SS，COD及油，设置φ5000mm纤维球过滤器4台，单台处理水量135m3/h，滤速6.88m/h。
        c）次氯酸钠加药系统
        由于高含盐废水含有一定量的有机物、微生物，故设置杀菌加药系统，加入2～3ppm的有效氯。
        2.4.2浓水反渗透系统
        对高含盐废水进行膜法分离，深度脱盐，实现再次回收利用的功能。
        a）二级反渗透供水池——二级反渗透供水泵
        用于贮存纤维球过滤器的出水，其目的是为了调节进水流量的变化，防止进水波动影响到系统运行，保证反渗透系统的进水量及进水水质的稳定。有效容积为400m3。为反渗透系统提供稳定的进水流量和压力。设置3台二级反渗透加压泵。
        b）反渗透保安过滤器
        用于截留原水带来的大于5μm的颗粒，以防止其进入反渗透系统击穿反渗透膜组件。
        c）二级反渗透高压泵
        为反渗透本体装置提供足够的进水压力，保证反渗透膜的正常运行。
        d）二级反渗透装置
        二级反渗透装置是本系统中的核心装置，反渗透系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物。共设置3套反渗透装置，反渗透进水Q＝214m3/h，系统回收率为50%，并联运行，通过脱盐水池的液位控制反渗透装置的运行。反渗透膜采用LFC3-LD型膜，直径为8英寸，单根膜脱盐率达99.5%，每套配置216根膜组件，放置在36根压力容器内，每根压力容器安装6根反渗透膜，按24：12排列。
        e）成品水泵（一期已建成）
        一级、二级反渗透装置产生的成品水由3台成品水泵送至厂区除盐水管网（500m3/h，50m，110kW，380V）。
        f）二级反渗透清洗系统
        清洗的作用是根据反渗膜运行污染的情况，配制一定浓度的特定的清洗溶液，清除反渗透膜中的污染物质，以恢复膜的原有特性。
        g）二级反渗透冲洗系统（与一期共用）
        二级反渗透冲洗水泵的作用是用反渗透产水置换反渗透膜中停机后滞留的浓水，防止浓水侧亚稳态的结垢物质出现结垢，以保护反渗透膜。为节省投资，二级反渗透冲洗水泵与一级反渗透冲洗水泵共用，在中水深度处理一期工程已建成。
        h）加酸装置
        因高含盐废水pH值较高，在二级反渗透浓水侧会有结垢产生，故设置一套调整pH加酸设备。
        i）阻垢剂加药装置
        在经过预处理后的高含盐废水进入二级反渗透系统之前，加入高效率的专用阻垢剂，提高水中的难溶物质的饱和度，以防止反渗透浓水侧产生结垢。
        j）还原剂加药装置
        用于还原前级处理工艺中存在的余氯，以防止氧化剂导致反渗透膜脱盐率下降。
        k）非氧化杀菌剂加药系统
        在反渗透膜运行工序中投加非氧化杀菌剂，对膜表面的细菌、真菌、藻类等微生物有极强的杀灭和抑制作用。
        3 系统运行
        该项目自投产以来，到目前已经运行了6年半时间，其设计要求是3-5年脱盐率≥95%，系统回收率：50%。五年内其出水水质，水量，系统回收率及脱盐率等技术指标均达到了设计要求。
        4工程效益
        该系统的投运产生了巨大的经济效益，全年产生经济效益499万元，为全公司节能降耗、降低生产成本起到了积极的作用。在环境效益方面，避免了高含盐水的外排，大大减轻了环保压力，为企业的清洁生产创造了条件。该项目的社会及综合效益十分显著，每年迁钢可以节约新水用量184.9万，为缓解水资源紧张做出了贡献。
        5 结语
        高含盐水脱盐系统的成功投运，总结经验如下：
        膜过滤技术，在实际的工程运用中，例如高含盐水处理等工程，均缺少充足的运行经验和设计依据，而且各个膜生产厂商所生产的膜的种类繁多，材质、品质不一，因此在实际运行中性能可能有较大的差别，所以建议使用单位应根据自己的水源情况，出水用途，筛选出合适的滤膜，并进行小型的工业试验，从而最终做出合理的选择。针对工业循环水质的复杂性，应尽量在滤膜之前选择相应的前处理设备，以保证整套设备长期、安全稳定运行。
        参考文献：
        [1]严煦世，范瑾初.给水工程.北京：中国建筑工业出版社，1995
        [2]刘茉娥，蔡邦肖，陈益棠.膜技术在污水治理及回用水中的应用.北京：化学工业出版社，2005
        [3]周正立.反渗透水处理应用技术及膜水处理剂.北京：化学工业出版社，2005
        [4]于丁一，宋澄章，李航宇.膜分离工程及典型设计实例，北京：化学工业出版社，2005
        刘明远：给排水工程师。