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【摘要】高含鹽水的二次回收利用一直是國(guó)內(nèi)水處理行業(yè)的一個(gè)難題，隨著膜技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，反滲透系統(tǒng)以其諸多優(yōu)勢(shì)，在水處理行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。該工程利用抗污染型反滲透膜對(duì)高鹽水進(jìn)行二次脫鹽回收利用，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)完善工藝流程、改造工藝設(shè)備，改進(jìn)操作步驟等措施，強(qiáng)化消毒殺菌，有效控制工藝流程中微生物的滋生，降低反滲透膜元件的污染，實(shí)現(xiàn)該工程的高效穩(wěn)定運(yùn)行，推進(jìn)高含鹽水二次循環(huán)利用技術(shù)的推廣。

【關(guān)鍵詞】反滲透；高含鹽水；污染；技術(shù)改造

前言

水是我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源，隨著人口的不斷增長(zhǎng)和工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，用水量和排水量在逐年增加，而有限的地表水和地下水資源又被不斷污染，加上水資源地區(qū)分布不均，導(dǎo)致水資源日趨緊張。水資源的緊張已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的重要因素[1，2]。近年來(lái)，隨著國(guó)家環(huán)保力度的加強(qiáng)以及人們環(huán)保意識(shí)的提升，污水的循環(huán)利用受到人們的重視，特別是在深度處理及回用方面，隨著膜分離技術(shù)的快速發(fā)展，以反滲透為代表的分離膜水處理技術(shù)的應(yīng)用得到了快速的推廣[3]，反滲透系統(tǒng)以其諸多優(yōu)勢(shì)，在各行各業(yè)得以廣泛應(yīng)用，但相應(yīng)產(chǎn)生的濃水量也越來(lái)越多，濃水處理的問(wèn)題也日趨顯著，濃水如何處置，成了人們又一思考的課題。

1工程簡(jiǎn)介

某鋼鐵公司所處的北方地區(qū)水資源匱乏，為了減少工業(yè)新水的使用量，加大水資源的循環(huán)利用，2010年2月份建成一座脫鹽水規(guī)模為1000m3/h中水深度處理脫鹽水站。該系統(tǒng)采用“超濾+反滲透”雙膜法工藝對(duì)工業(yè)廢水經(jīng)污水處理廠處理后的中水進(jìn)行脫鹽凈化，分離成脫鹽水和一級(jí)反滲透濃水（即高含鹽水）。脫鹽水用于公司鐵、鋼、熱軋、冷軋等工序用戶，高含鹽水供給下級(jí)用戶，用于高爐沖渣、煉鋼悶渣等用戶。而在中水脫鹽工程中，產(chǎn)生高含鹽水約430m3/h，但下級(jí)用戶需求量?jī)H僅200~250m3/h，50%的高含鹽水無(wú)法再利用，只能采取外排，造成環(huán)境污染和水資源的浪費(fèi)。為了對(duì)中水深度處理脫鹽水站所產(chǎn)生的高含鹽廢水全部進(jìn)行回收利用，實(shí)現(xiàn)“零排放”的目標(biāo)，擬對(duì)高含鹽水進(jìn)行二次脫鹽，進(jìn)行減量化處理，經(jīng)過(guò)中試研究，通過(guò)對(duì)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，一致認(rèn)為，采取合理的工藝流程和技術(shù)參數(shù)，選用高效抗污染反滲透膜完全可以滿足高含鹽水二次脫鹽工業(yè)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2013年8月開(kāi)始組織高含鹽水二次脫鹽工程進(jìn)行施工、安裝、調(diào)試，2014年1月份高含鹽水二次脫鹽工程投入運(yùn)行。該工程工藝主要設(shè)施包括預(yù)處理系統(tǒng)、二級(jí)反滲透系統(tǒng)兩部分。預(yù)處理采用4臺(tái)纖維球過(guò)濾器，目的是有效去除一級(jí)濃水中的SS，CODcr及油，有效降低反滲透膜的污染負(fù)荷，從而降低反滲透膜的化學(xué)清洗頻率，減少運(yùn)行費(fèi)用。二級(jí)反滲透裝置是本系統(tǒng)中的核心裝置，反滲透系統(tǒng)利用反滲透膜的特性來(lái)除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機(jī)物及微生物。該工程設(shè)計(jì)3套反滲透裝置，單套反滲透進(jìn)水214m3/h，系統(tǒng)回收率為50%，反滲透膜元件采用LFC3-LD型抗污染膜。

2存在問(wèn)題

高含鹽水二次脫鹽工程按照設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)投入運(yùn)行后，取得了與中試相一致的良好效果，濃水量大大減少，下降到214m3/h，二級(jí)濃水被下級(jí)用戶全部回收利用，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)的“零排放”。同時(shí)，反滲透系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，化學(xué)清洗周期保持在1個(gè)月左右。隨著系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，逐漸暴露出許多問(wèn)題，反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水壓力、段間壓差在不斷的增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)化學(xué)清洗也無(wú)法恢復(fù)到初始狀態(tài)，運(yùn)行周期不斷縮短，清洗頻率加大，產(chǎn)水水量不斷下降，回收率降低，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。針對(duì)此問(wèn)題，我們對(duì)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢查分析，打開(kāi)反滲透外殼端蓋，抽出每段的始末端膜元件查看，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水端膜元件表面附著大量茶色污染物，用手觸摸有一種滑膩的感覺(jué)，取少量污染物進(jìn)行燃燒，有毛發(fā)燃燒的味道。靜置一段時(shí)間后，烘干水分，對(duì)始端膜元件進(jìn)行稱(chēng)重檢查，重量20kg（8英寸膜出廠重量約15kg），重量已明顯超重。末端膜元件檢查污染較輕。為了進(jìn)一步確認(rèn)茶色污染物的成份，我們?nèi)∧て瑯悠愤M(jìn)行FT-IR分析，檢出來(lái)自細(xì)菌的吸收，確認(rèn)茶色污染物主要以微生物為主，正是由于這些微生物污染物堵塞進(jìn)水流道，造成反滲透系統(tǒng)進(jìn)水壓力和膜元件壓差升高，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)水量下降，回收率降低。為此，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改造，改變?cè)O(shè)計(jì)中的不足，加強(qiáng)系統(tǒng)的消毒殺菌工藝，抑制微生物細(xì)菌的滋生，保證該系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3改進(jìn)措施

3.1反滲透進(jìn)水工藝的改進(jìn)

針對(duì)反滲透膜元件的微生物污染，原設(shè)計(jì)考慮一級(jí)反滲透前已有殺菌消毒，沒(méi)有在濃水預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行殺菌消毒處理，現(xiàn)于高含鹽水提升泵出口管增加NaClO加藥點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不間斷均勻加藥。由于NaClO是一種氧化性殺菌劑，含有大量氯離子，對(duì)反滲透膜元件有氧化作用，因此，根據(jù)ORP儀表監(jiān)測(cè)，投加一定的還原劑亞硫酸氫鈉。

3.2纖維球過(guò)濾器改造

在運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)纖維球過(guò)濾器出水水質(zhì)變差，不能滿足反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)要求，停運(yùn)后，對(duì)纖維球過(guò)濾器檢查，發(fā)現(xiàn)過(guò)濾器填料纖維球污染嚴(yán)重，纖維球內(nèi)部夾雜著很多茶色黏狀物，經(jīng)檢測(cè)為微生物污染物，通過(guò)反洗無(wú)法將其徹底去除，纖維球變成了微生物細(xì)菌繁殖的溫床，導(dǎo)致污染更加嚴(yán)重。因此，為了防止微生物的二次污染，決定將纖維球過(guò)濾器改造為石英砂過(guò)濾器。將原纖維球過(guò)濾器的布水裝置拆除，更換為新的布水裝置。布水裝置為子母管結(jié)構(gòu)柵管，為防止顆粒偏小或因磨損變細(xì)的濾料在反洗時(shí)跑料，保證進(jìn)水及反洗出水均勻，柵管管徑為DN150，共14根，柵管縫隙為0.5mm，材質(zhì)為不銹鋼(SS316L),布水裝置采用的緊固件材質(zhì)為不銹鋼(SS316L)。將原纖維球過(guò)濾器的濾料更換為石英砂，按7中不同粒徑進(jìn)行布置。同時(shí)，在原纖維球過(guò)濾器的濾料襯托層底部增加固定支撐，并做玻璃鋼防腐。

3.3增加保安過(guò)濾器在線清洗殺菌系統(tǒng)

原設(shè)計(jì)保安過(guò)濾器根據(jù)壓差情況定期更換濾芯，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，一旦保安過(guò)濾器出現(xiàn)壓差后，壓差增長(zhǎng)速度非?？欤ㄟ^(guò)更換濾芯，發(fā)現(xiàn)濾芯上也附著了大量的與膜元件表面相同的污染物。根據(jù)此情況，我們?cè)黾恿吮０策^(guò)濾器在線清洗系統(tǒng)，在原保安過(guò)濾器前后各增加一道閥門(mén)，保安過(guò)濾器進(jìn)水管上增加一個(gè)藥劑投加點(diǎn)，加藥間增加了自動(dòng)加藥系統(tǒng)。根據(jù)運(yùn)行情況，每運(yùn)行7天，對(duì)保安過(guò)濾器進(jìn)行一次在線清洗殺菌，配制3%的次氯酸鈉，浸泡2h后沖洗至出水無(wú)余氯。通過(guò)增加保安過(guò)濾器在線清洗殺菌系統(tǒng)，改善了保安過(guò)濾器出水水質(zhì)，延長(zhǎng)了保安過(guò)濾器濾芯使用壽命。

3.4化學(xué)清洗藥劑的校核

化學(xué)清洗是反滲透系統(tǒng)運(yùn)行中不可或缺的一道工序，根據(jù)污染物類(lèi)型和反滲透膜元件選擇合適的化學(xué)清洗藥劑，以避免膜元件的損壞。根據(jù)膜片樣品分析，已確定膜元件污染為微生物污染，因此，針對(duì)微生物污染，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行了膜片樣品清洗試驗(yàn)。膜片清洗前的脫鹽率和產(chǎn)水量均發(fā)生下降，通過(guò)清洗，產(chǎn)水量已明顯恢復(fù)，但脫鹽率恢復(fù)不明顯。根據(jù)清洗試驗(yàn)結(jié)果，我們進(jìn)一步確定了化學(xué)清洗采用檸檬酸和氫氧化鈉對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清洗恢復(fù)。

3.5改進(jìn)反滲透化學(xué)清洗裝置及步驟

該工程反滲透設(shè)計(jì)為一級(jí)兩段，原化學(xué)清洗裝置不能對(duì)反滲透裝置的一、二段膜元件進(jìn)行獨(dú)立清洗，清洗效果低。通過(guò)改造，將反滲透化學(xué)清洗裝置進(jìn)液管、回流管改為一段、二段獨(dú)立進(jìn)液和回流，使反滲透裝置實(shí)現(xiàn)一段、二段膜元件獨(dú)立清洗，提高了反滲透系統(tǒng)的化學(xué)清洗效果。同時(shí)，由于化學(xué)清洗配制藥液水源水溫冬季低、夏季高，反滲透化學(xué)清洗對(duì)溫度又有著嚴(yán)格的要求，現(xiàn)有清洗裝置只有加熱裝置，沒(méi)有冷卻裝置，不能靈活控制溫度，導(dǎo)致夏季化學(xué)清洗不能連續(xù)運(yùn)行，針對(duì)此問(wèn)題，在原反滲透化學(xué)清洗裝置清洗水泵出口加裝一冷卻裝置，能夠快速降低清洗藥液溫度，保證化學(xué)清洗連續(xù)運(yùn)行。

4結(jié)論

通過(guò)上述改造，高含鹽水二次脫鹽系統(tǒng)微生物污染得到了有效抑制，石英砂過(guò)濾器出水水質(zhì)穩(wěn)定，避免了水質(zhì)的二次污染，保安過(guò)濾器通過(guò)在線清洗殺菌，有效降低了微生物污染，濾芯使用壽命大大延長(zhǎng)，反滲透系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。該工程的二次技術(shù)改造，及時(shí)解決完善了高含鹽水脫鹽技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，使該系統(tǒng)能夠高效穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)了高含鹽水脫鹽技術(shù)的推廣。同時(shí)，該工程的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)合理利用水資源，保護(hù)水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)建節(jié)水型企業(yè)都有重大意義，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

[參考文獻(xiàn)]

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[3]靖大為,席燕林.反滲透系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

作者:段小冰 毛松林 許國(guó)峰 單位:北京首鋼股份有限公司