双膜法系统在钢铁业中水回用中的应用

翟秋月 , 段小冰 , 刘明远 , 张亮亮 , 陈建文 , 王保霞 , 净晓星

(北京首钢股份有限公司 , 河北 迁安 064404)

随着我国经济和工业的飞速发展,水资源短缺问题日益严峻,特别是作为用水大户的钢铁行业,如何高效地循环利用水资源是企业发展的关键。中水回用技术是指将各单元排放的废水通过利用生物化学和物理化学手段进行净化等集中处理,实现水资源的循环利用[1]。

在钢铁行业中,相比传统水处理方法,膜分离技术具有工艺简单、占地小、效率高等优点而被广泛使用。双膜法水处理技术是通过采用“超滤+反渗透”的工艺来降低水中盐分,其中超滤作为反渗透系统的预处理技术,能够有效地去除水中的悬浮颗粒、胶体物质以及高分子有机物等,达到反渗透进水要求,反渗透则进行下一步深度脱盐处理[2]。

某钢铁公司通过采用双膜法处理工艺,有效地提高了水资源的循环利用率,解决了水资源的短缺问题。

1 水处理工艺流程

某钢厂深度水处理技术采用“超滤+反渗透”双膜法为核心处理工艺,其中反渗透系统采用二级串联组合方式,通过处理铁钢轧用户外排废水,制得符合要求的除盐水再供以各级铁钢轧用户使用,从而提高水资源循环利用率[3]。水处理工艺流程图见图1。

图1 水处理工艺流程图

1.1 超滤系统

超滤系统采用外压式多孔纤维超滤膜,设计过滤通量为65 L/(m2· h),采用错流过滤方式,过滤精度为0.1 μm,允许进水pH值为2～10,每套装置产水量为280 m3/h。超滤系统设有反冲洗、在线加强反洗和化学清洗三种操作模式。在自动运行状态下,超滤设备运行30 min后进行汽水反洗90 s;反冲洗60次进行一次加次氯酸钠药剂在线加强反洗;当运行压差>0.1 MPa时,加氢氧化钠、次氯酸钠和柠檬酸进行化学清洗。

1.2 反渗透系统

反渗透系统采用二级串联组合方式,二级反渗透对一级反渗透浓水进行处理,以提高水资源回收利用率。反渗透产水供各级铁钢轧用户使用,二级反渗透浓水供以炼铁用户冲渣使用。一级反渗透选日本电工海德能生产的PROC10反渗透膜,设置5套反渗透膜组件,级配32∶16(7芯装),每套装置由336支膜元件组成,每套装置产水量200 m3/h,膜通量17 L/(m2·h),回收率65%。二级反渗透选日海德能生产的PROC10反渗透膜,设置3套反渗透膜组件,级配24∶12(6芯装),每套装置由216支膜元件组成,每套装置产水量100 m3/h,膜通量13.3 L/(m2·h),回收率50%。

2 运行情况

2.1 超滤系统

2.1.1超滤产水SDI

污泥密度指数(SDI)值表示水中颗粒悬浮物、胶体等物质含量。SDI是反渗透系统进水检测的重要指标,也是检验预处理系统出水是否达到反渗透进水要求的主要手段。在中水回用系统中,为保证反渗透系统正常稳定运行,要求超滤产水SDI<3,对本系统超滤出水SDI值进行监测,结果显示,超滤系统产水SDI值相对稳定,均<3,可见超滤设备有效去除了水中的悬浮颗粒和胶体物质,防止反渗透膜元件污堵和细菌污染。但在生产运行中,超滤系统产水水质受中水水质影响,建议控制中水水质保持稳定,保证后续设备的稳定运行。

2.1.2超滤压差

中水回用中超滤系统压差过高会造成进水压力上升,产水量下降。在实际运行中,保证压差<0.1 MPa。压差上涨,会造成超滤设备化学清洗频繁。在生产运行中,当超滤设备压差上涨时,及时通过加药清洗可使压差下降。通过投加药剂清洗,可有效避免因污垢的形成和微生物的滋生造成设备压差升高的异常情况。建议在系统运行中,当超滤压差升高时及时采取药剂投加冲洗,保证超滤的正常运行。

2.1.3超滤产水量

超滤产水量受进水压力、温度、浊度等因素影响。经运行实验得出:当进水压力<0.3 MPa时,进水压力与产水量成正比;当进水压力>0.3 MPa时,产水量不随压力升高而增大。主要是由于在高压下,超滤膜被压密而使透水阻力增大所致,超滤产水量变化趋势见图2[4]。

图2 超滤产水量趋势

由图2可知,适当增加进水压力会使超滤产水量增加,但压力>0.3 MPa时,产水量不再增加。在实际运行中调整进水压力时,注意防止浓差极化和有机物污染等情况。

2.2 反渗透系统

2.2.1反渗透回收率

反渗透系统回收率为产水量与产水量加浓水量之和的比值,该系统实际运行中一期回收率控制在65%左右,二期回收率控制在50%左右。若大幅提高反渗透回收率,易造成反渗透发生浓差极化现象,导致反渗透压差升高,增加膜元件的污堵现象,使设备化学清洗周期缩短,从而使膜性能降低。因此在实际运行中,建议稳定控制设备回收率,防止对设备寿命造成影响。

2.2.2反渗透产水电导率

反渗透产水电导率如图3所示。

图3 反渗透产水电导率趋势

由图3可知,一期反渗透产水电导率≤70×10-4S/m,二期反渗透产水电导率≤600×10-4S/m。由于二期反渗透处理来水为一期浓水,因此二期反渗透产水电导率较高。在运行过程中,当进水电导率偏高时,由于设备脱盐率额定,产水电导率随之增大;当运行压力增大时,虽然会提高设备产水量,但易加快膜元件的污堵速率,对膜元件造成影响。建议在实际运行中, 合理控制进水水质与运行压力,延长膜元件使用寿命。

3 结论

双膜法水处理工艺具有操作简单、自动化程度高等优点,因而被广泛应用。在钢铁行业水处理系统中,通过应用双膜法水处理工艺,使水资源循环利用率得到大幅度提高,缓解了水资源紧张的问题。超滤作为反渗透设备的预处理工艺,有效降低了反渗透进水悬浮物与细菌类物质,保证了反渗透的稳定运行。在实际运行中,合理控制各项运行参数,当设备压差上涨时及时进行化学清洗,保证设备稳定运行。