馮  靜

（河鋼大河能源環境科技有限公司承德分公司）

在冶金行業中，雙膜法 “超濾+反滲透”在鋼鐵企業中水回用方面有著廣泛的應用與實踐。基于穩定超濾產水量、延長反滲透膜使用壽命的目的，在全面分析和解決各種影響因素和問題的基礎上，系統介紹了超濾、反滲透運行維護措施和管理經驗，特別是對回用中水含有焦化排水和提釩處理排水作為水源的反滲透運行狀況，反滲透膜的日常在線清洗保護，延長反滲透膜使用壽命的研究與討論，以及出現重度有機物污染后離線清洗恢復性能的必要性。

關鍵詞： 超濾  反滲透  中水回用  運行維護  清洗  結垢  重度污染  性能恢復

1 前言

冶金行業污廢水的再生利用是提高水資源利用率、降低生產成本、減少污染的有效途徑。該污廢水具有水量大，便于回用的特點，因此鋼鐵企業多采取污廢水回收經污水廠處理為可循環使用的中水，再經反滲透深度除鹽優化處理，作為鍋爐補給水系統的給水、循環水的軟水補充，具有良好的經濟效益和社會效益。

2 研究內容

某鋼鐵廠1000m³/h一級除鹽水系統為“超濾+反滲透”系統，原水采用生產地下新水、污水處理廠回用中水和風機循環水三種水源按比列混合使用。該系統產水為高爐密閉、燒結余熱、煉鋼汽化冷卻、連鑄結晶器提供充足的除鹽水以及改善循環水水質。針對該系統運行時間長，水源水質不穩定，重點對超濾、反滲透工藝進行研究及實踐，確定其穩定運行的影響因素并制定有效措施，確保反滲透系統在經濟運行方面取得良好效果。

2.1 超濾系統

超濾系統的前置處理設施為盤式過濾器，過濾精度為100µm，其運行和反洗為全自動PLC控制。

過濾器依據進、出口壓差或者時間進行自動反洗。在過濾器組套內單體過濾元件反洗過程應輪流交替進行，自動切換工作、反洗狀態，確保整套過濾器連續出水。每套過濾器的出力能滿足超濾裝置的實際產水量。過濾器蝶片材質選用高強度聚丙烯塑料，本體管道材質為不銹鋼。盤式過濾器共8臺，單臺正常產水量大于240m³/h，與原水泵及超濾成一對一串聯設置，即一臺原水泵配置一臺盤式過濾器。一臺盤式過濾器配置一列超濾設備。盤式過濾器出水直接接入超濾裝置。

超濾裝置具有除去水中的大分子顆粒、膠體、部分有機物、有效地降低水中的濁度及SDI的功能，其出水滿足反滲透進水的要求。

超濾系統的控制指標：

產水量：超濾產水不低于170 m³/h；

回收率：≥90％；

產水水質：前三年SDI≤3；

濁度：≤0.2FTU；

過濾周期：≥30分鐘(運行三年)；

化學增強反洗（CEB）周期：≥24小時；

化學清洗周期：≥30天。

2.2反滲透系統

反滲透進水的控制指標：

反滲透系統的控制指標：

脫鹽率：≥98.5%（運行第一年）

≥97.5%（運行三年后）

產水量：≥500m³/h（總）(20 ℃)

回收率：≥75 %（運行三年后）

3 系統穩定運行措施

3.1 超濾系統穩定運行措施

在反滲透系統中使用了“盤濾+超濾”前置預處理設備， 從運行經濟性和可靠性方面考慮，超濾的出力決定了整個系統的最佳出力為125t/h·列，這就要求8列超濾每列至少提供170t/h的反滲透進水。超濾的運行機理和超濾前置預處理設備（盤片過濾器）過于簡單，使得整個系統易受污水處理廠出水或地表水混入地下水等突發性水質異常影響。因此，解決超濾實際運行中的問題，穩定超濾運行產水量是實現反滲透系統運行效果穩定的關鍵所在，是重中之重。

3.1.1 影響超濾穩定運行的因素

該廠使用的超濾膜運行方式為外壓式，原水在一定壓力下通過管外流動，溶劑及小分子溶質透過膜成為超濾液，原水被濃縮為濃縮液，從而達到部分溶劑及溶質分離、濃縮的目的。超濾過程為動態過濾過程，單從運行機理上看，膜一般不易被堵塞。但是，隨著運行時間的加長，由于膜面及膜孔的吸附和截留作用，超濾膜逐漸被堵塞，通水量減少。因此，超濾本身的運行特點，決定了其穩定運行的必要性。

3.1.1.1 進水水質要求

為保證超濾安全穩定運行，進水水質要求如下：

濁度不大于5 NTU（經盤濾過濾后）；

水溫為5~40 ℃；水回收率為90%；pH 值為6~9；

進水壓力最高不大于0.20 MPa；

正常使用0.10~0.15 MPa。

3.1.1.2 水質變化影響

進入雨季，該廠地下水有部分地表水進入，渾濁升高，水中存在大量泥沙顆粒，僅經盤式過濾器無法徹底過濾，使得超濾進水中泥沙顆粒就明顯增多。若預防處理不及時，特別是水中存在一些污泥、污垢顆粒的情況下，短時間內就可以使盤濾濾片間被污堵，超濾產水量明顯降低。

同時如果中水水質COD超標，又沒有及時調整中水、地下新水和風機循環水三種水源的攙兌比例，就會導致進水中有機物含量明顯增多，而且被截留于超濾膜表面的有機物，很難依靠定期的反洗而沖洗清潔，大量的有機物短時間內就可使產水量降低，過膜壓差超過0.1MPa。

3.1.2 穩定超濾運行的措施

3.1.2.1 在運行中采用定期逆向水反洗和氣反洗的方法及時沖洗掉超濾運行過程中膜面及膜孔的吸附和截留的物質，并根據進水水質變化調整反沖洗間隔時間和工作時間。

3.1.2.2 加裝各種在線水質監測儀表，實現對進水水質的連續監督，便于及時發現水質變化（如在線COD儀、濁度儀、余氯監測儀和SDI儀等）。在微機上設置報警參數，及時報警，崗位運行人員據此及時分析水質，果斷采取措施，可以實現最快最有效地遏止水質異常對超濾產水量的影響。

利用在線濁度儀，監測季節性突發水質變化，及時切斷渾濁水源，排掉進入系統中的異常水質、沖洗系統。利用在線COD儀、余氯儀和SDI儀，監測到相應的水質指標超標情況，及時調整阻垢劑、還原劑、殺菌劑等的加藥量。加強與相關崗位的聯系協調，及時掌握水質變化，提前做好預防措施，發現異常及時消除系統故障等。

3.1.2.3 對已被污染、產水量明顯降低的超濾，及時采取技術措施即對超濾進行有效的化學清洗，恢復其產水能力。清洗根據UF實際污染程度確定是整組清洗或是分單列清洗；調整超濾清洗方式：a）次氯酸鈉，b) 次氯酸鈉+檸檬酸，c) 次氯酸鈉+檸檬酸+次氯酸鈉，根據每組超濾的污染程度，選擇一種清洗方式。這樣既能達到良好的清洗效果，又能節省了清洗藥劑不必要的浪費。 表1 是該廠水處理系統一期四組超濾某次異常，清洗前后的效果比較。表中數據說明及時采取此項措施的有效性。

3.1.2.4 加強對保安過濾器前后壓差的監督。根據壓降極限值，通過運行實驗確定濾芯更換的壓降值達0.1 MPa 時更換濾芯。

表1：超濾清洗效果對照表

3.2 反滲透系統穩定運行措施

反滲透作為深層過濾技術, 因其運行高效、產水穩定、日常運行費用低而在水處理系統中廣泛應用。針對系統運行過程中出現的問題，及時深入分析診斷，采取合理反滲透系統運行維護的技術和管理措施，避免反滲透系統膜元件的劣化，合理延長膜使用壽命，是系統運行管理的關鍵。

3.2.1 反滲透進水水質的控制

對反滲透系統給水進行控制的關鍵是保證預處理效果的穩定。如前所述, 針對該廠系統運行實際, 建立了以穩定超濾產水量為核心的一整套應對異常情況，確保設備穩定運行的措施。同時，建立了反滲透系統進水污染指數定期監測制度，以檢測和調整措施的有效性。通過實際運行效果看，RO進水污染指數SDI要求不大于2，進水余氯小于0.1mg/L。

3.2.2 預防措施

3.2.2.1 加藥控制

在反滲透保安過濾器之前投加還原劑、阻垢劑和非氧性化殺菌劑，是控制RO進水余氯，抑制系統結垢和對細菌及藻類殺菌的有效方法。投運初期還原劑選用Na₂SO₃,但運行半年后發現該藥易在藥箱和加藥管中結晶導致堵塞，后經反復驗證將還原劑Na₂SO₃更換為NaHSO₃，消除了還原劑結晶問題。選用湯納TPT0300阻垢劑和DROSG881非氧化性殺菌劑，此產品在中水反滲透系統使用已一年多，效果良好，每次設備清洗，反滲透系統都無結垢現象，打開一段反滲透膜元件也無藻類物質及菌落現象，說明非氧化性殺菌劑達到應有現象。

3.2.2.2 停運保護

為防止停用時，在含有阻垢劑的情況下形成的壓穩態鹽類析出而結晶和避免生物的滋生與污染，針對膜材料和裝置停運實際情況，選擇合適的停運保護方法十分必要。該除鹽水站擔負著為高爐密閉、燒結余熱、軋鋼汽化、連鑄結晶器提供除鹽水以及改善循環水水質的任務，除進行清洗外，一般停運時間都不超過24 h，因此采用低壓給水沖洗的方法。如規定關機前應停投阻垢劑,并用反滲透產水沖洗10min；停運期間要每8h沖洗一次。

3.2.2.3 運行方式的調整

反滲透裝置的運行要以保持流量，穩定水質，取得設計的回收率和不超過設計運行參數為原則。在各項運行參數發生變化時要及時調整運行方式如：

（1）當給水溫度變化較大時，可通過調整給水壓力進行補償調節，但不能超過極限值和設計規定值。

（2）如給水水質變化，當進水TDS 增加過大時，應降低回收率，以避免膜表面的濃差極化。

（3）正常運行時不用最高流量，以避免頻繁開停設備而降低膜壽命，同時也可降低給水壓力運行或回用部分產品水。

4 反滲透的在線清洗

4.1 反滲透污染結垢的原因

(1) 鹽類在膜表面的蓄積和沉淀原水中SO42- 、Mg2+、Ca2+、HCO3- 、等離子在運行過程中, 隨著淡水的不斷提取, 濃度會逐漸增大, 當這些離子達到飽和濃度積時, 就會析出產生沉淀。

(2) 有機物污染

地表水溶氧呈飽和狀態, 為細菌、藻類及其它有機物的存活創造了條件。

(3)膠體污染

地表水的氫氧化鋁鐵膠體和硅膠含量較多, 一般過濾手段難于去除, 也易在膜表面蓄積造成污堵。

(4) 懸浮物質污堵

4.2 反滲透的化學清洗條件

下列情況出現時需要及時清洗膜元件:

（1）標準化產水量降低10%；

（2）進水和濃水之間的壓差上升了15%；

（3）標準化透鹽率增加10%~15%；

（4）系統各段壓差明顯上升。

一般以設備最初運行48 h所得到的運行記錄為標準化后的對比數據。

4.3 在線清洗方式的選擇

 (1) 順流清洗和逆流清洗比選

順流清洗就是清洗劑流向與運行時水流方向一致的清洗方式。逆流清洗是清洗液與運行時水流方向相反的清洗方式。順洗是普遍采用的清洗工藝，對膠體污堵、結垢污堵的清洗效果較好。理由是被清洗物質易化學溶解，且結垢主要在二段，所以脫落溶解后易隨水流沖出。由于結垢的成分主要是碳酸鹽垢，主要沉積于二段，因此生產中多選用順流清洗的方式。多次清洗的實踐也證明了順流清洗的效果要優于逆流清洗的效果。

(2) 分段清洗和混合清洗比選

膜廠家對膜的清洗要求是分段清洗，且各段應配制新藥劑，目的是預防交叉污染。在此基礎上進行了混合清洗試驗，即用同一箱藥對一、二段進行動靜交替、串聯清洗。多次清洗試驗證明，分段清洗效果優于混合清洗的效果，因此生產中也多選用分段清洗方式。

（3）動態清洗和動靜交替清洗比選

動態清洗就是一直以流動狀態清洗到結束。動靜交替清洗就是流動狀態時將溫度、pH 值等調好后, 再靜態浸泡一段時間的清洗方式。試驗說明，動靜交替清洗效果比單一動態清洗效果好。這是因為單一動態清洗沖刷，剝落下的污物被沖壓到格柵的邊角處成為死角，其分散、溶解的時間增長。至靜動浸泡時，壓實的污物又還散到藥液中，反應溶解加快。因此，選用動靜交替的清洗方式。

4.4 清洗效果（以某次清洗為例）

表2：反滲透清洗效果對照表

 隨著運行時間的延長, 膜的產水量逐漸降低, 脫鹽率升高。對其進行化學清洗，從上表可以看出，清洗后產水量有較明顯的增長，段間壓差也相應減小。

5 反滲透的離線清洗

5.1反滲透膜受到焦化熄焦水污染的運行狀況

由于用水緊張與環保要求，該公司回收焦化熄焦用水和釩化工藝的提釩廢水，在經過污水處理后回用到廠區內循環使用，同時也進入到反滲透系統用作原水。下表為焦化排水和提釩廢水水質：

表-03焦化排水水質

表-04提釩廢水水質

經過短期的運行使得廠區內回用制水水質發生明顯變化：

表-05被焦化和提釩廢水污染后的反滲透給水水質

由于COD、硬度與電導率嚴重升高，導致反滲透系統癱瘓，每周進行一次在線化學清洗，但是反滲透運行參數急劇下降：

表-06被污堵后的反滲透運行參數

由于焦化熄焦廢水含有的有機物成分復雜，有機物對反滲透膜的污堵及溶粘作用會使反滲透膜徹底廢掉。而且，一但被焦化水污染后反滲透不能在線清洗恢復，即使經過在線化學清洗效果也補明顯，產水量很難提升，壓差與進水壓力增長迅速。

5.2 反滲透膜離線清洗效果

為更好解決污堵所造成的問題，找到污染根源并找到解決辦法，現場對反滲透膜進行拆除，取出污染物，對污染物進行分析。膜表面伴有輕微粘滑物質（微生物粘泥污染），金屬膠體混合COD（溶解性有機物）以及極細膩的淤泥成份，按串聯流程長度逐漸延伸至二段中斷（細膩的淤泥一般由于前處理超濾NTU較高或者超濾截留分子量過低下長期運行被反滲透濃縮積累且在運行剪切壓力下湍流至后續膜表面流道中），二段后四支存在輕微碳酸鈣結垢。