新型反滲透膜在工業廢水處理中的應用研究

王淼　郜小晶　付思淇　張獻彬

摘 要：某鋼鐵企業污水處理廠深處理原有三套反滲透裝置，2005年投入運行，其一期反滲透水設計生產能力為300 m3/h，設計為開二備一。隨著用戶單位產品設備配套升級對一級反滲透水用量不斷上升，整體供水系統已出現反滲透成品水供應嚴重不足的情況。經多方成員討論、研究根據現場使用情況，優化機組整體布局、調整主要元件選型，新增一套反滲透機組以最大程度發揮反滲透生產能力。筆者通過一年的水量觀察和設備進水壓力、段間壓差、產水電導、電量消耗等運行數據的記錄和計算，驗證了通過優化機組整體布局、正確選型可降低企業生產成本，提高經濟效益，也為其他鋼鐵企業在污水處理系統優化和選型上提供了參考。

關鍵詞：反滲透;抗污染;節能降耗

中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2022）03-00-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.002

某鋼鐵企業污水處理廠水處理原有三套反滲透裝置，2005年投運，其一期反滲透水設計生產能力為300 m3/h，設計為開二備一。隨著用戶單位產品設備配套升級對一級反滲透水的用量不斷上升，峰值達到500 m3/h，經常維持在400 m3/h左右。而反滲透機組的生產特點是，根據水質、反滲透膜堵塞情況定期進行清洗，以恢復機組產水能力。這時，整個污水處理廠深處理反滲透水產量進一步下降。盡管采取技術改造措施，略微提升了污水處理廠產水能力，但供應不足時還需采取從其他軟水站調入二級軟水等辦法，仍然面臨著一級反滲透水供應不足的局面。污水處理廠在原有的生產布局下新增一套反滲透機組，改善了反滲透機組化學清洗產水量不足的情況。新增的反滲透機組根據現場使用情況，優化機組整體布局、調整主要元件選型，最大程度增加了反滲透生產能力[1]。

方案采用的是某公司生產的反滲透膜元件，該反滲透膜屬于高耐用、抗污染、抗生物污染的苦咸水反滲透膜元件。該反滲透膜元件是業內領先的抗污染反滲透膜元件，其設計旨在有效提高系統對生物污染的耐受性。超低壓差設計允許系統實現更好的水流平衡，這就意味著在廢水處理等生物污染較普遍的環境中，水流可以被更均勻地分布到系統各個元件中。該產品還采用了市場上可靠耐用的反滲透膜材料，能夠有效抵抗有機污染物，清潔效果好、能耗低，并具備較高的溶質去除率。

1 反滲透機組系統性能檢測

“187.5 m3/h反滲透機組”系統性能測試于2020年2月15日0時開始正式記錄數據，截至2020年2月17日24時測試結束。整個測試時間持續72小時。要求測試期間，設備各主要運行指標符合合同技術協議內容。

“187.5 m3/h反滲透機組”72小時試車考核要求包括：產品水量187.5 m3/h;回收率≥67%;設備自動運行狀態、管道無漏水現象。

72小時連續系統性能數據統計如表1所示。

4#反滲透機組連續運行72小時統計基礎運行數據：產水量：198.67 m?/h;段間壓差0.07 MPa;產水電導：24.3 us/cm;回收率：70.5%;脫鹽率：99.1%;4#反滲透機組系統性能平均數據，遠遠高于其他三套反滲透機組的運行數據。

2 反滲透機組運行數據對比

通過一月至六月反滲透機組運行，分析段間壓差（如圖1）、匯總產水量（如圖2）、進水壓力、產水電導、電量消耗等運行數據，并與1#～3#反滲透機組對比。

1#～4#反滲透機組段間壓差數據對比如圖1所示。

1#～4#反滲透機組產水量數據對比如圖2所示。

1#～4#反滲透機組進水壓力數據對比如圖3所示。

1#～4#反滲透機組高壓泵電流數據對比如圖4所示。

1#～4#反滲透機組在進水水質相似條件下，產水電導數據對比如圖5所示。

根據數據對比情況可以看出，4#反滲透機組運行數據與1#～3#反滲透機組數據對比，4#反滲透段間壓差一直保持很低的狀態，在進水水質相似條件下的產水電導數值處于較低狀態;在較高的產水量下，高壓泵電流明顯低于其他三臺高壓泵，說明該反滲透機組對處理污水有較好的抗污染性，并且具有很好的節能效果。

3 反滲透機組化學清洗

反滲透機組一般達到以下情況：

當標準化流量降低10%～15%，系統脫鹽率降低10%～15%，操作壓力和段間壓差增加10%～15%時，反滲透機組運行數據超出以上運行標準后，應進行化學清洗操作，恢復反滲透機組正常生產能力。

4#反滲透機組運行至6月份的各項生產指標與標準數據的對比表明，指標均未達到反滲透裝置化學清洗標準。為確保反滲透機組運行正常，于7月29日～7月31日進行反滲透機組保護性化學清洗，清洗方法、藥劑種類與1#～3#反滲透機組清洗方式相同。清洗前后的產水量與運行壓力對比，如圖6、圖7所示。

從4#反滲透機組清洗前后的數據對比可以看出，清洗前后產水量增加，進水壓力和段間壓差明顯下降。相比1#～3#反滲透機組，其在化學清洗時間上縮短3/5，在清洗藥劑的使用費用上節省2/3以上。

4 結語

通過匯總分析以上數據可知，4#反滲透機組通過優化機組整體布局、采用新型反滲透膜，達成以下目標：具有較好的抗污染性能，能夠延長設備運行時間，增加周期產水量;有效減少了反滲透機組化學清洗頻率，降低了設備維護成本;化學清洗pH值的耐受范圍可達到1～13，較寬的pH值范圍有助于實現針對膜污染物、有機化合物和無機鹽結垢等的有效清洗;降低能源消耗，節約生產運行成本。

通過一年的使用統計，污水處理廠深處理2019年外輸水量387.4 m?/h;2020年4#反滲透投運后，深處理外輸水量438.9 m?/h，平均每小時增加外供量51 t/h，每年為污水處理廠增收273.6萬元。

設備運行電費方面：通過現場儀器測量計算，4#反滲透機組平均每小時耗電量為114 kW·h，1#～3#反滲透機組平均耗電量132 kW·h。4#反滲透機組平均比1#～3#反滲透機組節約電量18K kW·h，每年可節約電費約9.5萬元（按0.6元/kW計算）。

反滲透機組能夠減少清洗時間和次數，可節省化學清洗藥劑數量的50%以上。按照每套反滲透機組清洗一次使用藥劑費用3 000元/次，每年正常清洗4次計算：可得3 000元×4÷2=6 000元/年。合計每年將為污水處理廠增收：273.6萬元+9.5萬元+0.6萬元=283.7萬元。

4#反滲透機組延長設備運行周期，有效增加了設備周期產水量，在相同情況下比1#～3#反滲透裝置節能幅度高10%左右。此次新增4#反滲透機組，通過優化機組整體布局和采用新型反滲透膜，達到了明顯降低設備運行成本和人工成本的效果。

參考文獻

[1] 陶氏化學公司.FILMTEC?反滲透和納濾膜元件產品與技術手冊[M].美國：陶氏化學公司，2017.0196B4B3-0396-4F43-9EE0-F9EAC59EAC16