國產(chǎn)反滲透膜在鋼鐵廠中水回用中的試驗
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沈廣錄 黃洪偉 張金龍 楊濤 田小康
摘要：文章介紹了反滲透膜在北方某大型鋼鐵廠中水回用項目中的中試情況，用國產(chǎn)膜元件與國外品牌膜元件同等條件下進行對比。結(jié)果表明，國產(chǎn)膜元件性能良好，產(chǎn)水流量和產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，可以替代進口元件。該中試試驗對鋼鐵行業(yè)中水回用項目具有很好的借鑒意義，能給企業(yè)帶來良好的社會和經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞：國產(chǎn)反滲透膜鋼鐵廠中水回用替代性
1．概述
隨著水危機的到來，水資源的管理、水污染的防治以及水的回用對經(jīng)濟發(fā)展的影響已成為政府部門、社會各界關(guān)注的熱點。中國工程院編制的“中國可持續(xù)發(fā)展一水資源戰(zhàn)略”中指出，污水治理普及率達80%時，水環(huán)境的污染并沒有減弱，因為污水排放量增加更快，只有污水深度處理及回用，才能實現(xiàn)健康的水循環(huán)。
鋼鐵行業(yè)是工業(yè)用水大戶，約占全國工業(yè)用水量的10%，用新水量約占全國工業(yè)新水的14%，而鋼鐵廠大多建在水資源匱乏區(qū)域，地表水有限，選用鋼鐵廠廢水作為水源，實現(xiàn)廢水回用深度處理及循環(huán)經(jīng)濟，對保護環(huán)境、提高企業(yè)競爭力、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級有著重要意義。
鋼鐵行業(yè)廢水水質(zhì)復雜，處理困難，若想實現(xiàn)中水回用，必須對其脫鹽處理，而反滲透技術(shù)是近年來主流的脫鹽處理技術(shù)，具有除鹽率高、適應水質(zhì)范圍廣、環(huán)保、占地面積小、自控操作強等特點，在鋼鐵行業(yè)中水回用方面得到了廣泛的應用，并產(chǎn)生了重大的社會和經(jīng)濟效益。北方某大型不銹鋼廠近年一直推行節(jié)能減排，清潔生產(chǎn)，借助現(xiàn)有的中水回用系統(tǒng)，實現(xiàn)水的重復利用率98%以上。目前鋼鐵行業(yè)中水回用的反滲透膜市場大多被國外品牌占據(jù)，國產(chǎn)品牌時代沃頓雖然起步較晚，但近年發(fā)展很快，獲得一定市場認可。該鋼鐵廠決定與貴陽時代沃頓科技有限公司在現(xiàn)有反滲透系統(tǒng)上對時代沃頓反滲透膜進行中試實驗，以探索時代沃頓膜元件在鋼鐵行業(yè)中水回用項目中對國外品牌膜元件的可替代性。
2．試驗部分
2.1水處理系統(tǒng)的進水水質(zhì)
該鋼鐵廠廢水主要是由煉鋼廢水及生活污水等組成，水質(zhì)復雜，雖經(jīng)過預處理，但是反滲透進水中仍存在較高重金屬離子、有機物、膠體及COD等，同時水中總硬度，堿度及硫酸根等離子含量較高，見表1。
該鋼鐵廠水處理系統(tǒng)分為預處理系統(tǒng)、反滲透預脫鹽系統(tǒng)和離子交換深度除鹽系統(tǒng)，最終除鹽水進入供水管網(wǎng)。見圖1。
預處理系統(tǒng)由曝氣池+機械過濾池+斜板沉淀池+多介質(zhì)過濾器+超濾系統(tǒng)組成，主要是通過曝氣池為污水提供停留時間，滿足好氧微生物所需要的氧量以及污水與活性污泥充分接觸的混合條件，從而分解水中的各類有機質(zhì)；通過機械過濾和斜板沉淀去除水中懸浮物，降低濁度；通過多介質(zhì)過濾器和超濾去除水中泥沙顆粒，懸浮物、膠體，滿足反滲透的進水條件。反滲透系統(tǒng)主要起到預脫鹽的功能，由保安過濾器，加藥系統(tǒng)，反滲透膜堆以及反滲透清洗系統(tǒng)組成，在保安過濾器之前添加阻垢劑和還原劑，分別防止反滲透系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢和氧化，保證反滲透系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行。離子交換系統(tǒng)由混床和再生系統(tǒng)組成，實現(xiàn)深度除鹽，除鹽水經(jīng)泵加壓進入供水管網(wǎng)。
2.3試驗方法
該鋼鐵廠化學車間反滲透系統(tǒng)共7組，單組系統(tǒng)設(shè)計為一級兩段， ( 36:18)×6排列，單組共324支膜元件，之前一直使用某國外知名A品牌膜元件。中試實驗是在現(xiàn)有同一組反滲透系統(tǒng)一段選取相鄰兩個膜管，分別安裝6只時代沃頓抗污染膜元件和6只國外知名A品牌的抗污染膜元件，在膜管出水端分別安裝產(chǎn)水流量計及產(chǎn)水取樣點，用于測定單只膜管的產(chǎn)水流量及產(chǎn)水電導率，在完全相同的系統(tǒng)運行條件下每天連續(xù)運行24小時，每天由該鋼鐵廠操作人員定時測定并記錄系統(tǒng)及中試試驗膜管的運行數(shù)據(jù)，中試試驗進行約4個月，依據(jù)系統(tǒng)運行情況及兩個膜管的數(shù)據(jù)，分析兩組膜元件的使用情況。
此次中試試驗選擇的是VONTRON公司的抗污染反滲透膜，這款抗污染膜元件是時代沃頓公司研制的適用于中水回用，地表水處理等高污染水源的芳香族聚酰胺復合膜元件，采用特殊工藝對膜表面進行處理，改變了膜片表面的電荷性及光滑度，增加膜表面親水性，同時采用34mil的寬進水流道網(wǎng)設(shè)計，從而減小了污染物及微生物在膜表面的污染，延長膜的使用壽命，同時更易清洗�？刮廴灸ぴ阅軈�(shù)如表2所示。
3．試驗結(jié)果分析
在相同的中試試驗條件下，兩組膜管連續(xù)運行了約110天，根據(jù)現(xiàn)場人員的數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)，反滲透系統(tǒng)進水電導率基本在2500-3000 u S-cm-1之間浮動，進水溫度在20-30℃之間變化，隨著季節(jié)的更替及進水情況的變化，反滲透系統(tǒng)運行壓力在0.85-1.0MPa變化，回收率約72-75%，兩組膜管的產(chǎn)水流量及脫鹽率隨著系統(tǒng)運行參數(shù)的變化而變化，根據(jù)運行記錄，對兩組膜管的運行參數(shù)整理分析。
3.1兩組膜管產(chǎn)水流量和溫度隨運行時間變化的情況
從圖2的運行數(shù)據(jù)曲線變化可以發(fā)現(xiàn)，時代沃頓膜元件的產(chǎn)水流量基本維持在3.0-3.6m3/h，高于A品牌膜元件的2.5-3.3m3/h;產(chǎn)水流量出現(xiàn)衰減主要是由于反滲透系統(tǒng)進水溫度的下降及正常的膜元件污堵；兩組膜管的產(chǎn)水流量均出現(xiàn)不同程度下降，但是時代沃頓膜元件衰減程度低于A品牌，說明時代沃頓膜元件在該中試實驗下水通量性能優(yōu)于A品牌膜元件，體現(xiàn)出時代沃頓的抗污染膜對鋼鐵廠廢水很好的適應性，鋼鐵廠獲得了使用時代沃頓產(chǎn)品的信心。
3.2兩組膜管脫鹽率隨運行時間變化情況
從圖3的運行數(shù)據(jù)變化曲線可以發(fā)現(xiàn)，時代沃頓膜元件脫鹽率在97.7-98.5%之間浮動，A品牌膜元件脫鹽率在97.3-98.5%之間浮動，時代沃頓膜元件脫鹽率分布寬度更窄，穩(wěn)定性略優(yōu)于A品牌膜元件；時代沃頓膜元件初始產(chǎn)水電導率較高，脫鹽率低于A品牌膜元件，這是因為時代沃頓膜元件是干式膜元件，膜元件初始性能需要運行一定時間后才會趨于穩(wěn)定。
3.3反滲透系統(tǒng)的清洗情況
中試試驗進行了57天左右和90天左右時，反滲透系統(tǒng)一段壓差達到3.5bar，兩只膜管的產(chǎn)水量和脫鹽率也出現(xiàn)一定程度的衰減，通過現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)及水質(zhì)情況判斷系統(tǒng)出現(xiàn)有機物、膠體、微生物等物質(zhì)的污染，需要對系統(tǒng)進行化學清洗，清洗藥劑組成為：Na OH（氫氧化鈉）+Na-SDS（十二烷基苯磺酸鈉）+ STPP（三聚磷酸鈉鈉）+Na4-EDTA（EDTA四鈉）等藥劑，pH值為11.5左右，清洗液溫度為30℃左右；之后進行酸洗，清洗液為HC1（鹽酸）+C6H807（檸檬酸），pH為2左右，清洗液的溫度為30℃左右；最后用非氧化性殺菌劑進行高溫殺菌處理，水溫為35℃。反滲透系統(tǒng)清洗時分段清洗，酸洗時先清洗一段，再清洗二段，堿洗時先清洗一段再清洗二段；清洗時先低流量清洗，單支膜管流量為5m3/h，循環(huán)清洗；然后浸泡；再大流量清洗，單支膜管流量為9-10m3/h左右，循環(huán)清洗；最后用除鹽水大流量的進行沖洗，單支膜管流量在1 0m3/h左右，直至清洗液被沖凈為止。清洗后，反滲透系統(tǒng)一段壓差恢復正常，兩個膜管的性能均出現(xiàn)一定程度恢復，時代沃頓膜管產(chǎn)水量高于A品牌膜管，脫鹽率基本一致，說明時代沃頓抗污染膜元件清洗恢復性良好，適用于鋼鐵廠廢水處理項目，具有良好的推廣意義。
4．結(jié)論
國產(chǎn)時代沃頓反滲透膜與國外知名A品牌膜元件在北方某大型鋼鐵廠化學車間反滲透系統(tǒng)進行中試試驗約4個月，在相同的試驗條件下，時代沃頓膜元件產(chǎn)水流量優(yōu)于國外A品牌膜元件，脫鹽率變化幅度窄，脫鹽性能優(yōu)異，既可滿足了鋼鐵廠用水量，又可提供穩(wěn)定可靠的產(chǎn)水水質(zhì)，降低了膜元件成本，保證了生產(chǎn)穩(wěn)定運行，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效
益；此外，時代沃頓膜元件具有良好的清洗恢復性，體現(xiàn)出了時代沃頓的抗污染膜對鋼鐵廠廢水的很好的適應性，獲得了該鋼鐵廠的認可，確定了鋼鐵廠使用時代沃頓產(chǎn)品的信心。
國產(chǎn)時代沃頓膜元件可以很好的替代國外A知名品牌的產(chǎn)品，該中試試驗對鋼鐵廠廢水回用項目具有很好的推廣借鑒意義，有利于推進國產(chǎn)化進程和振興民族品牌。
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