高回收率中水回用深度處理系統的典型問題分析及處理方法探討

摘" 要：某鋼鐵企業通過采用優勢工藝組合與膜法梯級濃縮的高回收率中水回用深度處理系統對廠區中水進行深度處理后回用，使企業實現全廠廢水近零排放。但該系統運行初期出現中水回用處理系統常見的幾種典型問題。根據該工藝系統的主要特點，分析幾個典型問題的形成原因，對各問題的解決方法和處理效果進行全面深入的分析與探討，并對系統的長期穩定運行提出行之有效的建議。

關鍵詞：高回收率;中水回用;中水深度處理;膜法處理;超濾

中圖分類號：X703.1" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）02-0151-05

Abstract： A steel company uses a high-recovery water reuse advanced treatment system with superior process combinations and membrane method cascade concentration to deeply treat and reuse the water in the plant， allowing the company to achieve near-zero discharge of wastewater from the plant. However， several typical problems common to reclaimed water reuse and treatment systems occurred in the early stage of operation of the system. According to the main characteristics of the process system， the causes of several typical problems are analyzed， the solutions and treatment effects of each problem are comprehensively and deeply analyzed and discussed， and effective suggestions are put forward for the long-term stable operation of the system.

Keywords： high recovery rate; reclaimed water reuse; advanced treatment of reclaimed water; membrane treatment; ultrafiltration

鋼鐵、電力等傳統工業企業生產過程工業水耗量大、水質要求高及用水成本高等問題已成為影響其生產運行經濟性和環保性的制約因素[1]。隨著國家對工業用水政策限制和對廢水排放要求的提高，企業全面推行節約用水成本、減少廢水排放的理念，加快對廠區中水進行回收利用，將中水處理后回用、代替清潔水源，逐漸成為今后工業企業的重要水源[2]。

1" 系統介紹

1.1" 工藝系統簡介

該企業采用的高回收率中水回用深度處理系統以廢水預處理系統的達標產水為水源，通過將傳統膜法處理與反洗水回收處理系統、軟化除硬工藝及濃水濃縮減量系統有效結合，使系統的產品水質達到GB/T 1576—2018《工業鍋爐水質》標準相關水質要求，將系統的整體回收率提高至90%以上。系統的主要工藝流程如圖1所示。

1.2" 工藝特點

該系統將傳統雙膜法工藝與軟化除硬及濃水濃縮減量工藝有效組合，充分利用各子系統的優勢，具備以下優點。

第一，以膜法工藝為主體，系統除污脫鹽率高、產水品質高、水質水量穩定。

第二，將一級反滲透系統的反洗水收集后進行回收處理，將反滲透濃水進行濃縮減量處理，大幅提高系統回收率。

第三，反滲透濃水軟化除硬后再進行濃縮減量，可有效降低濃縮減量系統的結垢風險潛勢，實現濃水的梯級濃縮，保證系統的安全穩定運行。

第四，采用雙相不銹鋼、316不銹鋼等高性能防腐材料，可有效防止系統腐蝕現象的發生，確保系統的安全穩定運行和產水品質合格。

第五，系統運行無需酸堿再生、對環境無二次污染，自動化程度高、操作簡便靈活。

2" 典型問題及形成原因分析

2.1" 典型問題

2.1.1" 多介質過濾器產水懸浮物超標

系統投運初期，受預處理系統水質惡化及運行不規范等因素影響，本系統進水懸浮物高達將近30 mg/L，經多介質過濾器處理后的產水懸浮物含量在10～20 mg/L之間波動，無法達到超濾系統對進水懸浮物（lt;5 mg/L）的要求。

2.1.2" 超濾裝置產水量急劇衰減、產水SDI15值超標 本系統每套超濾裝置設計凈產水量為160 t/h（20 ℃），運行一個多月后，每套超濾裝置的產水量在一天內衰減至近78 t/h，平均衰減率將近31.88%，最大衰減率高達將近51.25%，嚴重超過了超濾系統運行的允許衰減范圍15%～30%，超濾運行產水衰減率如圖2所示。

超濾的運行壓差從最初投運的將近0.03 MPa升高至0.1～0.16 MPa，嚴重超過了超濾膜的允許運行壓差0.04～0.08 MPa;超濾產水SDI15值從最初的小于1升高至3.3～6.4，遠高于反滲透系統對進水SDI15的要求值（不大于3）。超濾連續化學清洗后運行壓差的變化情況如圖3所示，超濾連續清洗時產水SDI15值的變化情況如圖4所示。

2.1.3" 軟化除硬系統再生頻繁，無法正常運行

本系統一級反滲透系統的回收率為75%，其濃水的硬度及含鹽量均為進水的4倍，使軟化除硬系統的運行周期從原設計的將近14.1 h，衰減至將近7.1 h，衰減率高達～50%，再生頻次成倍增加，再生含鹽廢水、沖洗水排放量和再生鹽耗成倍增加，系統的制水時間減少，產水量大幅下降，后續濃縮減量系統無法正常運行。軟化系統運行周期衰減率如圖5所示。

2.2" 原因分析

2.2.1" 水質波動大、預處理系統藥劑投加量及投加方式不合理

該廠區位于黃海入海口，受季節變化、自然降水及海水倒灌等因素以及廢水預處理系統運行效果的影響，水質波動較大，進水懸浮物、膠體等顆粒物含量高。有機物在顆粒物表面的吸附使顆粒物更穩定，不利于顆粒物間的聚集沉淀，影響過濾效果;而且懸浮物為微生物提供了附著場所，對微生物起到了保護作用，使其不受殺菌劑的影響;大量的無機鹽營養物質聚集在顆粒表面，會使附著的細菌生長繁殖加快，削弱了殺菌劑的效果[3]。

此外，預處理系統運行時須投加一定量的絮凝劑（PAM）、助凝劑（PAC）及殺菌劑（NaClO）以加快懸浮物、膠體等的絮凝沉淀速度并抑制細菌、微生物及藻類的生長繁殖。但因廢水預處理系統PAM和PAC投加量過大，導致大量未完全反應的PAM和PAC殘留藥劑進入中水回用系統而污堵超濾膜（圖6、圖7）。

PAC長期過量投加逐漸在后續單元富集并析出，被沖至超濾系統后截留在超濾膜表面，堵塞超濾膜流道，造成超濾膜組件產水量衰減、運行壓差升高。同時，因PAM溶于水后為無色透明黏稠溶液，其投加過量會導致絮凝物礬花體積變大，為細菌、微生物提供附著場所，加快其繁殖速度，保護其不受殺菌劑作用。該廠預處理系統實際運行未投加殺菌劑，加劇了微生物滋生對后續系統的影響。另一方面，PAM膠質在運行時會逐漸穿透超濾膜絲進入超濾產水池，在產水池中繼續發揮絮凝作用，將極少的細小懸浮物與微生物聚集（圖8、圖9），使超濾產水池的水質惡化，反滲透進水的SDI15值迅速升高，加劇反滲透進水保安過濾器的污堵（圖10），惡化系統運行狀況。

同時，因廢水預處理系統各單元設施均為敞開式混凝土構筑物，其粗糙的表面為微生物及藻類提供了良好的附著場所，在充足的光照和適宜的水溫環境下，藻類及微生物在短期內瘋狂繁殖、爆發式生長（圖11），需要長期投加足量殺菌劑才可將其有效抑制。而殺菌劑投加量的增大，不僅會增加系統的藥劑運行成本，也使水中余氯含量增加，加速反滲透膜的氧化、衰老，影響其性能和壽命。

2.2.2" 中水硬度、含鹽量升高，加劇濃水膜系統結垢風險

該系統中水的硬度主要是由鈣鎂離子與碳酸鹽結合引起的暫時硬度及其與Cl-、SO42-結合形成的永久硬度，2種硬度均可在反滲透膜濃水側形成無機鹽結垢，導致運行壓力升高、產水量衰減、產水水質惡化[4]。

一級反滲透濃水的硬度及含鹽量成倍增加，大幅縮短了軟化系統的運行周期，軟化系統的再生需消耗大量工業鹽并產生濃鹽廢水。再生周期的縮短增加了系統自用水量、廢水產量和再生鹽耗量，減少了系統制水時間和產水率。

同時，濃水反滲透運行時需要投加高性能阻垢劑以降低膜系統的結垢風險，而硬度的驟增造成了阻垢劑投加量的增加，提高了系統運行成本，且阻垢劑的最佳性能范圍一旦突破，阻垢效果受限，膜系統不可避免地會出現結垢，整個膜系統則無法正常運行。

3" 處理方法

3.1" 調整預處理系統藥劑投加量

通過長期的運行數據分析，根據不同季節氣候條件下水質的波動情況，確定合適的PAC、PAM和殺菌劑投加量及投加比例，利用在線監控實時檢測水質的變化情況，并及時調整預處理系統各藥劑的投加量，保證系統的安全穩定運行。

3.2" 深度化學清洗，恢復超濾裝置性能

正常運行時，超濾運行出現壓差升高一倍、連續5次測量反滲透進水SDI15gt;3，以及超濾產水量衰減率為20%～30%時，應及時對超濾裝置進行化學清洗以恢復其性能[5]。

本系統運行中上述指標均已突破化學清洗的設定值。根據初次化學清洗的情況，判斷系統為物理性堵塞及微生物有機污堵為主，將常規化學清洗方案堿洗步驟中殺菌劑的濃度提高至0.2%，堿洗循環浸泡時間延長至1.5 h，循環過程中逐漸提高反洗水流量，每隔10～15 min測定堿洗液的pH，及時補充堿液，保證pH維持在11～12，清除超濾膜組件內富集的微生物及有機物（圖12）。為避免超濾產水池內不合格的產水影響化學清洗效果及對超濾膜造成二次污染，將超濾化學清洗水源由原設計的超濾產水調整為一級反滲透產水。此外，增加化學清洗劑擦洗的次數，延長氣擦洗時間，徹底清除超濾膜表面的污堵物（圖13）。

長期的累積污堵需要多次反復深度化學清洗，逐步恢復膜組件的初始性能。本系統經將近15 d的反復清洗，超濾的運行情況明顯好轉和恢復，系統產水量及產水水質基本滿足反滲透系統的進水要求?；瘜W清洗劑清洗前后性能對比見表1。

3.3" 產水勾兌濃水，降低濃水硬度

為避免高硬度、高含鹽量的反滲透濃水在濃縮減量系統造成濃水反滲透膜結垢，軟化除硬至關重要。

表2為軟化系統運行工況對比。實際硬度遠高于設計硬度，因此系統的再生頻次、再生鹽耗及含鹽廢水排放量成倍增加。實際運行每臺設備的再生周期將近7.1 h，每次再生耗時為2～3 h，系統無法正常運行。因此，將原設計的軟化過濾器由三用一備運行調整為2臺正常制水+1臺失效運行+1臺再生備用的方式。通過軟化系統產水對一級濃鹽水進行勾兌，以降低后續膜系統進水硬度，有效避免濃水反滲透結垢。

3.4" 提高運行水平，加強運行管理

本系統工藝流程長，工藝路線復雜，各級子系統水質、水量、壓力和溫度等的變化都會影響整個系統的運行，對運行人員的操作水平和運行經驗要求高。同時，本系統自動化程度高，控制精細，在線監控與人工檢測相互對照，須規范運行人員的操作習慣、提高運行人員的操作水平、重視系統與設備的日常維護[6]。

4" 結論與建議

1）超濾膜的可逆性污堵在短時間內會對系統運行帶來極大困擾，及時采取合理的深度化學清洗方案，反復多次深度化學清洗，逐漸恢復超濾的初始性能。

2）短期內水質嚴重偏離設計工況時，因地制宜地調整軟化除硬系統的運行機制，有效緩解再生頻繁造成的系統全面癱瘓，確保系統能夠保產運行。

3）從源頭排查，對預處理系統藥劑投加量和投加比例合理調整，規范運行操作習慣，加強運行管理，確保系統長期安全穩定運行。

4）中水水質復雜、水質波動性大等特點導致系統運行時易出現的典型問題不容忽視。采用合理的方式有效緩解、遏制微生物滋生和膜系統的結垢是保證系統長期穩定運行的關鍵。

參考文獻：

[1] 魏源送，鄭利兵，張春，等.熱電廠中水回用深度處理技術與國內應用進展[J].水資源保護，2018，6（34）：1-11.

[2] 陳勝喜，劉小亮.多介質過濾器、超濾和反滲透技術在中水回用中的應用探討[J].節能，2014，33（7）：37-40.

[3] 孫敏華，劉智安，秦偉.中水回用電廠循環冷卻水的微生物控制研究[J].環境工程，2009，27（增刊1）：71-73.

[4] 張文耀，張志勇.抗污染超濾-反滲透膜在電廠中水回用中的應用[J].給水排水，2014，40（12）：52-55.

[5] 華耀祖.超濾技術與應用[M].北京：化學工業出版社，2004：184-188.

[6] 李成.全膜法在水處理設計中的應用及設計注意事項[J].紅河水，2013，32（2）：19-22.

第一作者簡介：王朋（1984-），男，碩士，高級工程師。研究方向為電子半導體純廢水處理、工業廢水零排放。