摘要：由于工業(yè)污水的復(fù)雜性，反滲透系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)太鋼除鹽水系統(tǒng)運(yùn)行情況的總結(jié)，探討大型反滲透系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)方法。

關(guān)鍵詞：反滲透,除鹽水,污水回用

1 概述

鋼鐵冶金企業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的耗水大戶．降低噸鋼新水消耗量具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。今年來(lái)，反滲透用于回收工業(yè)污水制取除鹽水，已經(jīng)從積極嘗試向規(guī)�；瘧�(yīng)用發(fā)展。為鋼鐵企業(yè)提供了一個(gè)良好的節(jié)水途徑。

但是由于工業(yè)污水成分復(fù)雜。原水水質(zhì)波動(dòng)變化大，反滲透系統(tǒng)工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備多，這些特點(diǎn)決定了反滲透運(yùn)行過(guò)程中問(wèn)題的復(fù)雜性。因此，如何應(yīng)對(duì)反滲透系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問(wèn)題是確保反滲透長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵。

太鋼除鹽水系統(tǒng)利用處理后的軋鋼廢水和冶煉廢水回收除鹽水，原水水質(zhì)特點(diǎn)是濁度和總鐵變化大，COD高，pH不穩(wěn)定，有機(jī)物和微生物含量高，各種水質(zhì)指標(biāo)隨生產(chǎn)波動(dòng)和季節(jié)波動(dòng)變化大．部分監(jiān)測(cè)指標(biāo)變化如圖1。

2 系統(tǒng)工藝流程及介紹

太鋼除鹽水系統(tǒng)在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造．增加了超濾，采用UF+RO雙膜法工藝。原水經(jīng)過(guò)曝氣除鐵錳，加藥混凝沉降，多介質(zhì)過(guò)濾、超濾過(guò)濾后進(jìn)人反滲透。

工藝流程如圖2。

2．1 曝氣池

曝氣池分為兩個(gè)并列單元。每個(gè)單元有300個(gè)曝氣盤。曝氣池進(jìn)水處設(shè)置投加次氯酸鈉投加點(diǎn)，在起到殺菌作用的同時(shí)，原水經(jīng)過(guò)曝氣使鐵錳轉(zhuǎn)化為高價(jià)態(tài)便于在沉淀池內(nèi)通過(guò)混凝沉降去除。

2．2 機(jī)械反應(yīng)池

原水曝氣后進(jìn)入機(jī)械反應(yīng)池。在機(jī)械反應(yīng)池進(jìn)水母管上投加液堿將進(jìn)水pH提高到8．2左右，從而提高對(duì)Fe3+．Mn +的去除。機(jī)械反應(yīng)池分為快速、中速、慢速三個(gè)混合區(qū)域。分別在快速和中速攪拌區(qū)投加PAC和PAM，原水在低速攪拌區(qū)生成較大尺度的礬花。隨即經(jīng)溜槽進(jìn)入沉淀池。

2．3 沉淀池

系統(tǒng)有(I)29m沉淀池兩座。設(shè)計(jì)處理能力3000 t／h。沉淀池為幅流式，采取中間進(jìn)水周邊出水的方式，并且在沉淀池周邊設(shè)置了斜板，增加沉降效果。大部分懸浮物和膠體在沉淀池內(nèi)被去除。

2．4 多介質(zhì)過(guò)濾器

太鋼除鹽水站現(xiàn)有1 3臺(tái)多介質(zhì)過(guò)濾器，設(shè)計(jì)處理能力2300 t／h。原水經(jīng)過(guò)絮凝沉降后，經(jīng)過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器對(duì)膠體和懸浮物進(jìn)行進(jìn)一步去除。過(guò)濾器含無(wú)煙煤和石英沙雙層濾料。

2．5 超濾

除鹽水站改造后共有1 2套超濾設(shè)備，與2006 年7月份投入使用．單套超濾設(shè)計(jì)處理能力189 t／ h，膜元件為外壓式中空纖維膜。超濾運(yùn)行過(guò)程中間歇性采用水沖洗，氣水擦洗，和加藥反洗的方式來(lái)防止膜污堵。原水經(jīng)過(guò)超濾過(guò)濾后SDI可以降至4以下。

2．6 保安過(guò)濾器

保安過(guò)濾器是反滲透的最后一道屏障，在保安過(guò)濾器前投加還原劑，阻垢劑，并且加酸將pH降至 6．6左右。

2.7 反滲透

除鹽水站現(xiàn)有一級(jí)反滲透7組，單組產(chǎn)水量可達(dá)250 t／h；二級(jí)反滲透共3組，單組產(chǎn)水量可達(dá) 150 t／h，二級(jí)反滲透產(chǎn)水進(jìn)入混床制造高品質(zhì)除鹽水；混床出水電阻率可達(dá)17．8 MI2，三臺(tái)混床的設(shè)計(jì)處理能力均為150 t／h。

3 各階段處理效果

3．1 預(yù)處理

太鋼除鹽水系統(tǒng)原水水質(zhì)的復(fù)雜多變性決定了預(yù)處理是保證反滲透穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。要減輕后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)，保證反滲透進(jìn)水水質(zhì)，就必須在預(yù)處理階段去除原水中大部分污染物，而在預(yù)處理階段污染物主要通過(guò)絮凝和殺菌作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3．1．1 混凝沉降

原水濁度大，鐵錳含量高，在混凝沉降之間經(jīng)過(guò)曝氣，次氯酸鈉氧化和加堿調(diào)節(jié)pH等過(guò)程，鐵錳被轉(zhuǎn)化為較高價(jià)態(tài)并形成膠體或沉淀：

4Fe2++O2+1 0H2o=4Fe(OH)3 +8H

2Fe2~+C10-+5H20=2Fe(OH)3 l+Cl一+4H+

Mn2++2OH-+CIO~MnO(OH)2+C1-

加藥后原水中大部分懸浮物和膠體通過(guò)絮凝沉降而被去除。表1為加藥前后部分指標(biāo)對(duì)比。提高鐵、錳的去除率一方面可以防止其膠體在超濾膜表面生成凝膠層，并且進(jìn)入反滲透造成膜的污堵：另一方面，通過(guò)絮凝沉降及后續(xù)處理可以避免過(guò)量的鐵、錳離子進(jìn)入反滲透膜催化降解膜表面脫鹽涂層。

3．1．2 微生物控制

太鋼回用污水COD在2O一60 mg/L之間，其匯集點(diǎn)三水池是一個(gè)天然的微生物繁殖庫(kù)．因此原水中微生物含量高。通過(guò)大量投加次氯酸鈉，控制沉淀池出水余氯在1．0—1．5之間來(lái)抑制微生物的活性，效果比較顯著。表2為加藥前后微生物數(shù)量變化情況。從表2細(xì)菌總數(shù)情況可以看出沉淀池出水中微生物已經(jīng)得到良好的控制。

3．2 精處理

3．2．1 多介質(zhì)過(guò)濾器

沉淀池出水進(jìn)入多介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)行進(jìn)一步處理后產(chǎn)水表觀透明，截留了沉淀池出水中絕大部分的懸浮顆粒物和大部分膠體。表3為多介質(zhì)過(guò)濾器產(chǎn)出部分設(shè)計(jì)指標(biāo)和實(shí)際值對(duì)比：

以上數(shù)據(jù)反映出沉淀池出水中的微小絮體和大部分膠體在多介質(zhì)過(guò)濾器內(nèi)被截留，被截留的物質(zhì)通過(guò)過(guò)濾器反洗被排出。

3．2．2 超濾

原水經(jīng)過(guò)一系列處理后仍然無(wú)法滿足反滲透進(jìn)水的需要，太鋼除鹽水站改造后用超濾取代原有的微孔過(guò)濾器，進(jìn)一步去除水中的懸浮物、膠體、有機(jī)物和微生物。經(jīng)過(guò)超濾過(guò)濾后，原水的濁度可以降低到0．1以下。SDI較改造前也有所下降，圖3所示在 2006年7月超濾投運(yùn)后SDI較2005年同期有所下降。

3．2.3 反滲透

反滲透是系統(tǒng)的核心，太鋼除鹽水站改造后一共增加和更換了四組反滲透膜。從2006年7月11 日新膜投運(yùn)半年以來(lái)，新膜的除鹽率和產(chǎn)水率保持穩(wěn)定，新系統(tǒng)回收率70％左右，除鹽率97％～98％。

4 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題

由于太鋼反滲透系統(tǒng)流程長(zhǎng)。任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生問(wèn)題均會(huì)從反滲透的運(yùn)行狀況上得到體現(xiàn)。

4．1 紅水

原水水質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，從曝氣池和沉淀池輻射區(qū)內(nèi)看到水體呈紅褐色，這種情況發(fā)生后，多介質(zhì)過(guò)濾器反洗出水比較渾濁。微濾和保安濾芯會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)污堵，濾芯表面呈紅色，并且導(dǎo)致反滲透膜快速發(fā)生污堵。

通過(guò)水質(zhì)分析以及濾芯表面附著物分析結(jié)果來(lái)看，這種現(xiàn)象的發(fā)生主要是由于原水總鐵含量高造成的污染。當(dāng)原水中總鐵含量大于3．0 mg／L時(shí)，原水就開(kāi)始發(fā)紅。針對(duì)太鋼原水總鐵含量高的情況，在定期巡視現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程中一旦發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，在紅水未進(jìn)曝氣池時(shí)就立即調(diào)整絮凝劑的投加量，以便紅水進(jìn)入系統(tǒng)后得到一定的緩沖，保證沉淀池出水水質(zhì)符合多介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)水要求，表4為某日紅水出現(xiàn)時(shí)加藥點(diǎn)前后水質(zhì)對(duì)比：

過(guò)濾器出水總鐵含量?jī)H0．08 mg／L，如果沒(méi)有及時(shí)得到調(diào)整，過(guò)濾器出水總鐵含量可以高達(dá)0．5 mg／ L，如此高的含鐵量可以使微濾和保安過(guò)濾器很快污堵進(jìn)而污染反滲透膜。

4．2 沉淀池翻池

在冬季沉淀池經(jīng)常會(huì)有大量的絮體從斜管底部慢慢的向上流出，然后隨著出水進(jìn)人過(guò)濾器。這種隋況通過(guò)調(diào)節(jié)絮凝劑用量仍無(wú)法消除。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀察，這種情況總是發(fā)生在中午，隨著時(shí)間的推移午后越來(lái)越明顯，夜間和清晨則會(huì)消失。綜合各種條件分析，這種現(xiàn)象可能是由于進(jìn)水和沉淀池內(nèi)水體存在溫差而造成密度異重流引起的。

低溫度的進(jìn)水密度高，在向沉淀池四周輻射時(shí)會(huì)向沉淀池底“沉降”，將沉淀池底泥攪混。通過(guò)改變沉淀池的刮泥和排泥體制，可以緩解這一現(xiàn)象的發(fā)生。

4．3 多介質(zhì)過(guò)濾器漏沙

多介質(zhì)過(guò)濾器內(nèi)的石英沙和無(wú)煙煤穿透濾帽后會(huì)隨出水進(jìn)入保安過(guò)濾器，嚴(yán)重的時(shí)候可以穿過(guò)保安過(guò)濾器進(jìn)入反滲透膜元件，造成反滲透膜的污堵甚至破壞。濾料泄漏的因素主要濾料粒徑和級(jí)配。濾帽縫隙尺寸，反洗強(qiáng)度等。當(dāng)濾料亂層后細(xì)粒徑的濾料會(huì)逐漸穿過(guò)濾帽進(jìn)入水中。

2006年系統(tǒng)改造后，更換了新的濾帽和濾料，增大了濾料的粒徑，目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)濾料泄漏的現(xiàn)象。

4．4 超濾膜污堵

當(dāng)超濾運(yùn)行了一段時(shí)間后，其產(chǎn)水量會(huì)逐漸下降，并且通過(guò)正常的水洗，氣水擦洗和加藥反洗無(wú)法恢復(fù)水通量，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)水量可以由上次洗完投運(yùn)時(shí)的200 t／h左右降至30 t／h，此時(shí)就必須對(duì)超濾進(jìn)行加藥化學(xué)清洗。針對(duì)太鋼原水含鐵量高，微生物數(shù)量大的特點(diǎn)，可采用表5所列的藥劑清洗藥劑分別進(jìn)行酸洗和堿洗。酸洗去除無(wú)機(jī)物污堵尤其是鐵膠體的污堵效果比較明顯：

HCOO-COOH+Fe~=Fe(C2O4)

堿洗去除截留在超濾中空纖維絲表面的有機(jī)物和并且殺死細(xì)菌。

超濾清洗后水通量會(huì)恢復(fù)到一定水平，圖4為超濾化學(xué)清洗前后產(chǎn)水量恢復(fù)的狀況。產(chǎn)水量基本上可以恢復(fù)到設(shè)計(jì)值。

4．5 反滲透膜污堵

表6為典型的膜進(jìn)水水質(zhì)。根據(jù)太鋼原水的水質(zhì)特點(diǎn)，引起反滲透高壓差的原因主要有結(jié)垢、微生物和膠體污堵。

4．5．1 結(jié)垢

2005年典型膜進(jìn)水LSI為0．73，當(dāng)回收率在 62％左右時(shí)就會(huì)有溶質(zhì)達(dá)到飽和。2006年典型水質(zhì) LSI為一0．61。較2006年結(jié)垢傾向大大降低。主要原因是原水在進(jìn)人曝氣池前就勾兌大量的新水，降低了總進(jìn)水的TDS；同時(shí)，反滲透進(jìn)水前加鹽酸調(diào)節(jié) pH到6．6左右。這些措施能夠有效降低膜結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。

新水的補(bǔ)充雖然增加了成本，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮既節(jié)省了后期反滲透因結(jié)垢而頻繁清洗甚至更換膜元件的費(fèi)用，同時(shí)又保障了系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，因此針對(duì)于太鋼的原水水質(zhì)補(bǔ)充新水是比較可行的。

4．5．2 微生物

根據(jù)例行的微生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在沉淀池、過(guò)濾器以及超濾出水中細(xì)菌數(shù)為101—102個(gè)／Ⅱd數(shù)量級(jí)，而保安過(guò)濾器出水細(xì)菌數(shù)又達(dá)到103～104個(gè)，IIll，這種水質(zhì)進(jìn)膜后使得反滲透一段的前兩支膜元件最先發(fā)生污堵，導(dǎo)致反滲透膜一段壓差快速上升和產(chǎn)水量急劇下降，圖5為2005年9月份反滲透發(fā)生嚴(yán)重微生物污堵時(shí)一段壓差的變化情況。

微生物污堵發(fā)生后，打開(kāi)反滲透進(jìn)水端板觀察膜進(jìn)水端的污染狀況并且取樣進(jìn)行分析和制定清洗方案。在使用各種清洗方案均無(wú)法奏效后，取出一段進(jìn)水端前兩支膜進(jìn)行解剖。解剖后膜元件進(jìn)水隔網(wǎng)上黏附著大量的附著物質(zhì)，取樣干燥后隨機(jī)取三片附著物進(jìn)行電鏡掃描，圖6為電鏡掃描照片。

元素分析結(jié)果中S含量很高，恰好與CaS04中 ca和S的質(zhì)量比吻合。這也是酸洗對(duì)這種污堵不起作用的原因。此外C、O的含量很高，說(shuō)明樣品內(nèi)有機(jī)物含量很高，另外還含有一定量的非定型碳。

通過(guò)將一段進(jìn)水端前兩支膜元件換到出水端，并且采用堿性的微生物清洗方案使得反滲透一段壓差變化趨于平穩(wěn)。

4．5．3 膠體污堵

太鋼原水水質(zhì)波動(dòng)很大時(shí)，即使經(jīng)過(guò)一系列的處理，膜進(jìn)水仍然含有大量的膠體物質(zhì)。例如當(dāng)原水總鐵很高時(shí)，保安濾芯也會(huì)被污染成紅色，并且有大量的鐵膠體進(jìn)人反滲透膜造成產(chǎn)水量在一夜之間劇烈下降。

當(dāng)這種情況發(fā)生后立即將污染較重的膜停運(yùn)，防止對(duì)二段造成污染。

退下來(lái)的膜立即用酸性清洗劑進(jìn)行化學(xué)清洗，避免停運(yùn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)膠體在膜內(nèi)發(fā)生沉積和變化。

4．6 膜氧化的防止

預(yù)處理投加了大量的次氯酸鈉。水中余氯在進(jìn)膜前必須用還原劑去除，防止余氯對(duì)膜的氧化。陶氏膜允許余氯小于0．1 mg／L。但是冶金污水中含有較多重金屬離子，當(dāng)水中有游離氯存在時(shí)會(huì)加速余氯對(duì)膜的氧化，所以反滲透膜進(jìn)水余氯控制在0．05 mg／L以內(nèi)。

5 結(jié)論

(1)太鋼原水水質(zhì)復(fù)雜，預(yù)處理效果是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，在預(yù)處理階段去除大部分污染物能減輕后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)，從而從根本上延長(zhǎng)反滲透的運(yùn)行周期。

(2)當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生異常情況時(shí)，必須及時(shí)針對(duì)當(dāng)時(shí)的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀況判斷出系統(tǒng)可能存在的問(wèn)題，然后及時(shí)排除可能的隱患，制定出正確的處理方案。

(3)建立良好的現(xiàn)場(chǎng)管理機(jī)制有利于預(yù)防問(wèn)題的發(fā)生，對(duì)于大型反滲透系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，積極預(yù)防比應(yīng)急處理更為重要。同時(shí)良好的管理有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，找出問(wèn)題的癥結(jié)所在。

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