導向反滲透裝置在宣鋼工業廢水處理中的應用

楊 棟

（河鋼集團宣化鋼鐵公司，河北宣化 075100）

0 引言

宣鋼工業廢水處理設施投建于2008年，深度處理工藝為：中水→機械過濾器→超濾→一級反滲透→回用水。回用水一部分直接回到中心泵站清水池作為工業水回用，另一部分經過二級反滲透裝置制備成軟水直供廠區用戶。因深度處理的水源為前期預處理的中水，水質仍較差，加上預處理工序中其他因素影響，造成反滲透膜在經過一段時間運行后，膜進水端污堵嚴重，使反滲透設施產水量和產水水質受到較大影響，尤其是一部分軟水屬于直供用戶，產水量和產水水質變化會直接影響用戶使用和公司產品品質。另外，膜端污堵嚴重時還會造成濃鹽水水量增加、反滲透進水壓力升高等問題，造成不必要的水資源浪費及安全運行隱患。深度處理站原反滲透裝置已不能適應生產系統對反滲透水品質和量的需求。

為了解決深度水處理原反滲透裝置存在的問題和缺陷，改善反滲透出水水質和水量，宣鋼決定對原反滲透裝置進行升級改造，將常規反滲透裝置改為新型導向反滲透裝置。本文敘述了反滲透裝置改造的必要性，重點介紹了新型導向反滲透裝置的特點和工作原理，并對導向反滲透裝置投用后的效果進行了總結分析。

1 原反滲透裝置存在的問題

宣鋼焦化和燒結生產過程中經常出現生化和脫硫廢水外排的情況，因生化廢水中的氛氰類和苯環類物質對反滲透膜的同化腐蝕，以及脫硫廢水中硫酸鎂、硫酸鈣等微溶垢類的污堵，造成了深度水處理一級反滲透膜進水端污堵嚴重，進水壓力和膜段間壓力升高，產水量降低。原反滲透膜是采用國產時代沃頓膜元件，污堵快，產水率下降明顯，且清洗時不易恢復膜的性能，平均壽命約1年，相比進口反滲透膜元件3～5年的使用壽命，經濟性低。自2019年后半年開始，一級反滲透單組產水量已由設計的210m3/h下降到100m3/h，且產水水質惡化，直接影響了工業水水質,以及軟水的產水量和水質，造成廠區軟水供應緊張。另外還造成軟水循環處理系統樹脂罐再生頻次增加，嚴重影響了公司正常的生產秩序。宣鋼深度水處理原反滲透裝置為常規工藝設計，即一端進水，中心管收集產水，另一端出濃水的工藝設計。由于進水水質為中水，水質較差，造成常規反滲透裝置問題頻發。其主要問題歸納如下：

（1）國產膜的抗污染能力較差。目前看國產膜處理水源僅適用于清水或生活污水處理后的中水，污染物單一且沒有工業類的污染物。

（2）SS和膠體的污染易發生在一段的首支膜元件上；硬度結垢的污染易發生在二段，特別是二段的末端膜元件上；有機物的污染是整個系統都存在的，二段的污染比一段嚴重，此類污染會造成膜元件產水量下降，脫鹽率下降，產水水質變差；單流向的特點導致進水側膜的污染程度要高于出水側。

（3）目前常規的保安過濾器已不適應水質的特點，造成反滲透機組產水衰減較快，化學清洗周期縮短約十天，對反滲透膜造成不可逆的污堵。

（4）反滲透裝置運行過程中，供水采用工頻泵，供水流量固定不可調。由于要考慮最大運行工況，因此反滲透裝置實踐供水流量偏大，容易造成保安過濾器濾芯損壞，導致反滲透膜污染嚴重，不僅造成能源浪費，也不利于設備合理運行。

2 存在問題的解決方案

解決方案主要是通過改變反滲透裝置進水方式，將常規反滲透裝置改為新型導向反滲透裝置，利用新型導向反滲透裝置的雙向進水模式，均衡膜元件污染不均問題，并對配套設施進行相應改造，使其達到最佳運行效果。

2.1 更換反滲透膜

將原來國產品牌時代沃頓反滲透膜更換為美國DOW公司產品，反滲透膜型號為BW30FR-400/34，共計1350根。

2.2 將原反滲透裝置更換為新型導向反滲透裝置

2.2.1 新型導向反滲透裝置的工作原理

新型導向反滲透裝置進水方式，由原來的一端進水改為兩端進水，一段和二段均可正向和反向進水，進水方向的調整可以通過時間、流量、壓差等多種控制方式實現。新型導向反滲透裝置在進水調向時，可以將膜表面的污染物在高壓水流的作用下沖出壓力容器，污染物不易在膜表面形成污染。進水調向控制在污染物對膜形成染物前進行，是可調節的，而且新型導向反滲透裝置不需要設置單獨的沖洗泵。

2.2.2 新型導向反滲透裝置的主要優勢

整套導向反滲透裝置通過可控制編程器、在線檢測儀表、壓力控制器等實現流量、時間、壓差等的控制，自動化程度高；新型導向反滲透裝置抗污染性能高，清洗周期可達3個月，在焦化廢水處理應用上，清洗周期更是達到4個月之久；來水質量波動時，新型導向反滲透裝置抗污染沖擊性能好（可以通過調整進水調向時間來控制污染程度）；新型導向反滲透裝置軟水的回收率更高，在相同產水量的條件下，進水量小，所需藥劑成本相對較低。表1為新型導向反滲透裝置與原反滲透裝置對比。

表1 新型導向反滲透裝置與原反滲透裝置對比

2.2.3 新型導向反滲透裝置結構特點

為解決原反滲透裝置一段、二段膜，SS、膠體、硬度及有機物污染位置不同，以及水單向流動造成的前后膜污染程度不同的問題，新型導向反滲透裝置在反滲透膜組每段進水端和濃水出口端設一對端口，用于模組進行進水和濃水循環出水功能的交替，即在新型導向反滲透機組運行中，每段膜進、出水端在一個時間段中執行進水功能，又在另一個時間段中執行濃水循環出水功能。通過進、出水功能交叉運行，解決了膜元件受SS、膠體、硬度結垢和有機物污染位置不同造成的膜污染前后端差距較大的問題。

2.3 反滲透膜反向清洗裝置改造

為適應新型導向反滲透裝置，對反滲透膜原反向清洗裝置進行了相應改造。通過在反向進水端加裝上一個化學清洗管道和閥門，在正向進水端加裝上一個三通和兩個閥門，使反滲透裝置成為正、反向都可以用化學清洗泵進行強制性藥物清洗，降低了反滲透膜正、反向運行的壓力。改造后反滲透膜組運行壓力有了明顯的降低，反向運行周期由原來的10天延長到25天，月清洗次數由原來的10次降至3次，從而提高了反滲透膜組的運行效率。

2.4 保安過濾器增加反沖洗功能

原保安過濾器沒有反沖洗功能，使用周期短、污堵頻繁，因此需要對其進行優化改造。改造措施為：將保過濾器進、出水管道進行聯通，并在聯通管道上安裝閥門；在保安過濾器進水管道上安裝排污管及排污閥門。通過上述閥門切換，可實現保安過濾器反沖洗功能。保安過濾器反沖洗裝置的投用，減少了濾芯污堵頻次，提高了濾芯的使用壽命。圖1為保安過濾器反沖洗改造示意圖，圖中淺色線路為新增反洗管道。

圖1 保安過濾器反沖洗改造示意圖

2.5 將工頻高壓泵改為變頻泵

為解決工頻泵流量固定不可調的問題，將每臺工頻高壓泵配套一臺變頻控制柜，使高壓泵可以在恒壓或恒流量情況下運行，減少對反滲透裝置的影響，也可以降低能耗。

3 新型導向反滲透裝置的應用效果

新型導向反滲透裝置和相應改造項目通過一年多的運行，一級反滲透產水指標和產水量達到了設計要求，反滲透膜的抗污染能力提高、使用壽命大幅延長、節電效果顯著。表2為反滲透裝置改造前后系統指標對比情況。

表2 反滲透裝置改造前后系統指標對比情

（1）改造后，一級反滲透產水指標和產水量達到了設計要求，單套設備產水量210m3/h。產水電導率大幅下降，中心泵站工業水水質得到了明顯改善，進而帶動廠區各循環水系統水質好轉，為公司生產提供了更有力的保證。

（2）反滲透高壓泵改為變頻控制后，使高壓泵的性能得以最大發揮。改造前高壓泵工頻運行電流為340A，改造后電機在34Hz運行，運行電流為200A，節能效果非常顯著。初步統計，按年作業300天計，4臺380V電壓的高壓泵年節電量約193.34×104kW.h。電費按0.61元/（kW.h）計，年節省電費約為117.94萬元。

（3）間接效益顯著。改造完成后，工業廢水處理系統各工序出水和工業水水質指標得到明顯改善，而廠區循環水系統在工業水指標好轉的基礎上，循環水濃縮倍數得到較好的控制，系統補水量和排污置換水量明顯降低。

4 結語

隨著國家產業和環保政策的不斷收緊，以及市場競爭的不斷加劇，近年來宣鋼在節能降耗、降本增效工作上一直在加大力度。鋼鐵企業在生產過程中產生大量的工業廢水，因此提高工業廢水回用率，降低新水取水量是宣鋼必須要采取的措施。因宣鋼原反滲透裝置工藝技術落后，關鍵的產水水質和產水量指標已不能適應當前生產需求，故此次對原反滲透裝置及其配套設施的升級改造是必要。

實踐證明，新型導向反滲透裝置在宣鋼深度水處理系統的成功應用，提高了宣鋼工業廢水的回用率，避免了各種廢水因膜污堵、處理能力降低而發生的外排事故。在保證產水水質的前提下，反滲透裝置產水量也達到了設計要求。另外由于反滲透產水水質優于直采水，反滲透裝置產水量增加也保證了工業水水指標。企業節能、環保、降本效果顯著。