多種技術創新應用實現提高脫鹽水系統回收率

李 虹 黃 博 袁國光

河鋼集團邯鋼公司能源中心 河北 邯鄲 056015

引言

中國經濟迅猛發展,經濟發展的同時,隨之而來的是大量的工業廢水,對環境帶來嚴重威脅。水資源的極度缺乏現狀,工業廢水處理再利用成為經濟可持續發展的重要環節,具有降低生產成本,節水降耗、環境環保等多重意義。大型鋼鐵企業的邯鋼,意識超前,多年前已使用工藝技術為“預處理+兩級反滲透”的脫鹽水站崗位,其水源均使用的是廢水再利用后的中水。脫鹽水站經過多年的運行,超濾、反滲透膜設備均出現老化衰減現象,脫鹽水系統回收率逐漸降低。邯鋼通過技術攻關脫鹽水系統,創新節水技術,實現脫鹽水系統回收率提高,且保持長周期穩定運行。

1 工藝概況

邯鋼東區共有四個脫鹽水站,本文以二軟水站為例。二軟水正式投產于2010年6月,以邯鋼第二污水處理廠處理后的產品水中水作為水源,河水作為應急水源。由于二軟水站已運行11年,設備的老化、故障率高、膜元件超期使用后的衰減等一系列原因,二軟水站在技術攻關前,系統平均回收率僅為57%。

圖1 二軟水工藝流程示意圖

2 多種技術集成創新應用

使用冶金工業廢水再利用處理后的產品水中水,水溫高,有機物含量高,金屬含量高,對于脫鹽水站極易造成細菌滋生快,有機物污堵頻繁等現象。通過對二軟水每個環節分析,精心維護,加藥方式、運行參數等各方面進行優化。如根據實際運行情況,對多介質過濾器設定的觸發反洗條件進行優化調整;超濾、反滲透系統定期需要進行化學清洗,根據運行情況及水質分析,有針對性的調整化學清洗方案,改變清洗藥劑投加順序及投加時間,并將在線與離線化學清洗相結合等;為保證殺菌劑的投加效果,定期測定觀察殺菌效果及保安過濾器濾芯上污染物成分,定期監測余氯等各種手段,調整氧化性殺菌劑投加量,并隨之調整還原劑投加量。定期投加非氧化殺菌劑,與氧化性殺菌性相配合投加。根據進水水質,還調整藥劑投加點位置,如夏季水溫高,細菌、微生物滋生快,可適當將次氯酸鈉投加點前置等。加強與源水崗位聯系,發現水質波動及時與二污水崗位聯系,避免發生水質繼續惡化等各項日常操作。本項目還針對二軟水站目前現狀,進行了針對性的幾項技術改造。

2.1 多介質過濾器反洗改造

二軟水站共有16臺多介質過濾器,每臺過濾器產水量64t/h。多介質過濾器反洗完成后投入運行,隨著運行時間的順延,多介質過濾器壓差超過0.05MPa或累計流量超過1300t/h的時候觸發反洗。反洗步驟為“第一次反洗—排水—氣擦洗—第二次反洗——靜置——正洗”,原設計的多介質過濾器兩次反洗采用的均為中水。

為提高多介質過濾器環節的系統回收率,充分使用濃水,降低中水消耗,通過對數據分析、計算,將二軟水站多介質反洗用水由中水改為反滲透濃水。在二軟水站一級反滲透濃水管道上加裝三通和閥門,并將反滲透濃水外送管延長至連接多介質1#反洗泵進口處。多介質過濾器在兩次反洗中由原來使用中水均改造為使用一級濃鹽水,反洗最后1步的正洗使用中水正沖1次。這樣,既節省了中水消耗,又不影響每套多介質過濾器的在反洗時的反洗效果,也沒有給脫鹽水系統帶來新增問題。

按照目前的運行生產情況,16臺多介質過濾器一天平均需最少反洗2.5套,每套多介質過濾器反洗需消耗15-20噸水,每最少可節省中水13688噸,從而提高脫鹽水系統回收率。

2.2 超濾清洗方案改造

二軟水采用的是6套浸沒式超濾,超濾系統在運行中,不可避免存在污染物、沉積物的逐漸積聚的過程,針對超濾系統清洗后存在清洗效果不理想,清洗后過膜壓差大,單套設備的運行周期短等現象,調整超濾清洗方案。在超濾的運行過程中,雖然精心維護,但每次反洗還是會有運行中的污染物、沉積物等積累,造成超濾系統存在過膜壓差的逐步升高,膜通量的逐步下降。當污堵嚴重時,需進行化學清洗。

通過多次試驗比較,發現采用低PH值、較短的浸泡時間,適當提高清洗液的濃度和溫度（建議增加適當用曝氣抖動膜絲）清洗效果較好。其次酸洗時采用草酸+檸檬酸,清洗效果相比單一清洗劑清洗明顯。清洗后效果明顯,清洗周期可延長至6個月。

2.3 二級反滲透裝置改造

反滲透在運行中必然會受到污染物、沉積物等污染,從而濃差極化現象愈加明顯,造成反滲透每套運行周期縮短,回收率逐步降低,透鹽率逐步增大,水耗比高等現象,這些都造成了反滲透系統整體回收率低。由于邯鋼脫鹽水站使用的是中水水源,因而濃差極化現象造成的水通量下降迅速較為顯著,二級反滲透系統回收率低。嚴格控制膜的水通量和相對比較高的回收率是防止濃差極化,降低污染速度的關鍵因素。

應用推廣一種反滲透無動力濃水高效回收裝置”專利。二軟水共有三套二級反滲透裝置,單套反滲透裝置安裝66支膜元件,膜元件的單支回收率設計為90%,排列形式為8:3。改造后,將原二級反滲透的一段第8支膜殼作為二級反滲透的三段,排列形式改為三段排列,即為7:3:1。經過計算及測算,改造后的第三段膜殼,其濃水流量為4.36 m3/h（大于4 m3/h）,設計上正常不會產生濃差極化現象。

在不需要額外增加動力的前提下,保證不會造成損傷反滲透膜元件的應用壽命,實現了反滲透的三段排列,間接實現降低濃水排放比例,提高二級反滲透系統單套設備回收率由80%（平均）至92%（平均）,且由于減輕了后段濃差極化趨勢,降低了二級反滲透系統設備透鹽率,反滲透系統設備的化學清洗周期由50天（平均）延長至70天（平均）。

2.4 混床裝置改造

二軟水站共有四個體內同步再生式混床裝置,實際運行中出現多種弊端,如操作步驟繁復,再生后效果不理想、周期短、再生耗時長,易混脂后污染等。改造前,混床系統頻繁再生,且再生耗水量大,從而造成整體水耗高、回收率低。

在現有設備基礎上,應用推廣“一種新型混床樹脂體外分離與再生技術”的專利。不需要增加大的成本和占地空間,將現有的體內同步再生式混床改造為一種混床可實現體外分離樹脂與再生的裝置,對比原有設備技術,改造后再生效率提高,再生后效果明顯提升,周期長,再生次數減少,原有弊端改造后有明顯改進或改善。

通過技術改造后,二軟水混床系統整體回收率明顯提高,系統水耗比大大降低。混床再生后,再生效果良好,每套設備的單次再生時間可縮短為平均1小時,再生次數減少,單套設備連續運轉周期延長至平均3天以上。由于改造后再生樹脂為體外分離再生,因此再生混液污染樹脂的情況不再發生,且再生效果相比改造前明顯提升,從而降低了樹脂衰減速度,延長了樹脂壽命及每次再生樹脂損失量,樹脂補充更換量由每年12噸減少為每年僅需0.8噸即可滿足生產需求,且出水水質優良。

3 使用效果

通過以上膜法技術的優化、專利的推廣應用,大大提高整個二軟水站脫鹽水系統的回收率,提高了中水利用率,總回收率由57%提高至65%,并實現長周期穩定保持。減少了系統各設備的化學清洗次數,從而間接提高設備使用壽命。脫鹽水站運行狀況良好,產水水質優良。同時,由于脫鹽水站的整體系統回收率的提高,減少了濃水比例和反滲透化學清洗、混床再生等產生高鹽廢水環節的次數,整體減少了高鹽廢水排放量,邯鋼東區高鹽廢水排水量大幅度降低,由原有的1150t/h減少為840t/h,也完成了脫鹽廢水減量化。邯鋼追求的是可持續長周期穩定發展,目前以實現脫鹽水系統的運行穩定良好,但是想長久甚至永遠保持脫鹽水站的長周期高回收率運行,延長膜元件使用壽命,還需要今后脫鹽水站的精細化關系和長期的技術攻關,這將是邯鋼今后攻關方向。

4 結語

邯鋼在雙膜法工藝技術上積累了大量的技術經驗,通過一系列的技術調整優化,專利的應用推廣,在脫鹽水站已運行超過10年,膜元件超期使用、設備老化等現狀基礎上,保持了較高的系統回收率,且設備運行狀況良好,對于應用雙膜法工藝技術的企業具有很強的推廣性。