国产反渗透膜在钢铁厂中水回用中的试验

 沈广录 黄洪伟  张金龙 杨涛  田小康

摘要：文章介绍了反渗透膜在北方某大型钢铁厂中水回用项目中的中试情况，用国产膜元件与国外品牌膜元件同等条件下进行对比。结果表明，国产膜元件性能良好，产水流量和产水水质稳定，可以替代进口元件。该中试试验对钢铁行业中水回用项目具有很好的借鉴意义，能给企业带来良好的社会和经济效益。

 关键词：国产反渗透膜钢铁厂中水回用替代性

 1．概述

 随着水危机的到来，水资源的管理、水污染的防治以及水的回用对经济发展的影响已成为政府部门、社会各界关注的热点。中国工程院编制的“中国可持续发展一水资源战略”中指出，污水治理普及率达80%时，水环境的污染并没有减弱，因为污水排放量增加更快，只有污水深度处理及回用，才能实现健康的水循环。

 钢铁行业是工业用水大户，约占全国工业用水量的10%，用新水量约占全国工业新水的14%，而钢铁厂大多建在水资源匮乏区域，地表水有限，选用钢铁厂废水作为水源，实现废水回用深度处理及循环经济，对保护环境、提高企业竞争力、实现产业升级有着重要意义。

 钢铁行业废水水质复杂，处理困难，若想实现中水回用，必须对其脱盐处理，而反渗透技术是近年来主流的脱盐处理技术，具有除盐率高、适应水质范围广、环保、占地面积小、自控操作强等特点，在钢铁行业中水回用方面得到了广泛的应用，并产生了重大的社会和经济效益。北方某大型不锈钢厂近年一直推行节能减排，清洁生产，借助现有的中水回用系统，实现水的重复利用率98%以上。目前钢铁行业中水回用的反渗透膜市场大多被国外品牌占据，国产品牌时代沃顿虽然起步较晚，但近年发展很快，获得一定市场认可。该钢铁厂决定与贵阳时代沃顿科技有限公司在现有反渗透系统上对时代沃顿反渗透膜进行中试实验，以探索时代沃顿膜元件在钢铁行业中水回用项目中对国外品牌膜元件的可替代性。

 2．试验部分

 2.1水处理系统的进水水质

 该钢铁厂废水主要是由炼钢废水及生活污水等组成，水质复杂，虽经过预处理，但是反渗透进水中仍存在较高重金属离子、有机物、胶体及COD等，同时水中总硬度，碱度及硫酸根等离子含量较高，见表1。

 该钢铁厂水处理系统分为预处理系统、反渗透预脱盐系统和离子交换深度除盐系统，最终除盐水进入供水管网。见图1。

 预处理系统由曝气池+机械过滤池+斜板沉淀池+多介质过滤器+超滤系统组成，主要是通过曝气池为污水提供停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件，从而分解水中的各类有机质；通过机械过滤和斜板沉淀去除水中悬浮物，降低浊度；通过多介质过滤器和超滤去除水中泥沙颗粒，悬浮物、胶体，满足反渗透的进水条件。反渗透系统主要起到预脱盐的功能，由保安过滤器，加药系统，反渗透膜堆以及反渗透清洗系统组成，在保安过滤器之前添加阻垢剂和还原剂，分别防止反渗透系统发生结垢和氧化，保证反渗透系统长期稳定的运行。离子交换系统由混床和再生系统组成，实现深度除盐，除盐水经泵加压进入供水管网。

 2.3试验方法

 该钢铁厂化学车间反渗透系统共7组，单组系统设计为一级两段，  ( 36:18)×6排列，单组共324支膜元件，之前一直使用某国外知名A品牌膜元件。中试实验是在现有同一组反渗透系统一段选取相邻两个膜管，分别安装6只时代沃顿抗污染膜元件和6只国外知名A品牌的抗污染膜元件，在膜管出水端分别安装产水流量计及产水取样点，用于测定单只膜管的产水流量及产水电导率，在完全相同的系统运行条件下每天连续运行24小时，每天由该钢铁厂操作人员定时测定并记录系统及中试试验膜管的运行数据，中试试验进行约4个月，依据系统运行情况及两个膜管的数据，分析两组膜元件的使用情况。

 此次中试试验选择的是VONTRON公司的抗污染反渗透膜，这款抗污染膜元件是时代沃顿公司研制的适用于中水回用，地表水处理等高污染水源的芳香族聚酰胺复合膜元件，采用特殊工艺对膜表面进行处理，改变了膜片表面的电荷性及光滑度，增加膜表面亲水性，同时采用34mil的宽进水流道网设计，从而减小了污染物及微生物在膜表面的污染，延长膜的使用寿命，同时更易清洗。抗污染膜元件性能参数如表2所示。

 3．试验结果分析

 在相同的中试试验条件下，两组膜管连续运行了约110天，根据现场人员的数据记录发现，反渗透系统进水电导率基本在2500-3000 u S-cm-1之间浮动，进水温度在20-30℃之间变化，随着季节的更替及进水情况的变化，反渗透系统运行压力在0.85-1.0MPa变化，回收率约72-75%，两组膜管的产水流量及脱盐率随着系统运行参数的变化而变化，根据运行记录，对两组膜管的运行参数整理分析。

 3.1两组膜管产水流量和温度随运行时间变化的情况

 从图2的运行数据曲线变化可以发现，时代沃顿膜元件的产水流量基本维持在3.0-3.6m3/h，高于A品牌膜元件的2.5-3.3m3/h;产水流量出现衰减主要是由于反渗透系统进水温度的下降及正常的膜元件污堵；两组膜管的产水流量均出现不同程度下降，但是时代沃顿膜元件衰减程度低于A品牌，说明时代沃顿膜元件在该中试实验下水通量性能优于A品牌膜元件，体现出时代沃顿的抗污染膜对钢铁厂废水很好的适应性，钢铁厂获得了使用时代沃顿产品的信心。

 3.2两组膜管脱盐率随运行时间变化情况

 从图3的运行数据变化曲线可以发现，时代沃顿膜元件脱盐率在97.7-98.5%之间浮动，A品牌膜元件脱盐率在97.3-98.5%之间浮动，时代沃顿膜元件脱盐率分布宽度更窄，稳定性略优于A品牌膜元件；时代沃顿膜元件初始产水电导率较高，脱盐率低于A品牌膜元件，这是因为时代沃顿膜元件是干式膜元件，膜元件初始性能需要运行一定时间后才会趋于稳定。

 3.3反渗透系统的清洗情况

 中试试验进行了57天左右和90天左右时，反渗透系统一段压差达到3.5bar，两只膜管的产水量和脱盐率也出现一定程度的衰减，通过现场运行数据及水质情况判断系统出现有机物、胶体、微生物等物质的污染，需要对系统进行化学清洗，清洗药剂组成为：Na OH（氢氧化钠）+Na-SDS（十二烷基苯磺酸钠）+ STPP（三聚磷酸钠钠）+Na4-EDTA（EDTA四钠）等药剂，pH值为11.5左右，清洗液温度为30℃左右；之后进行酸洗，清洗液为HC1（盐酸）+C6H807（柠檬酸），pH为2左右，清洗液的温度为30℃左右；最后用非氧化性杀菌剂进行高温杀菌处理，水温为35℃。反渗透系统清洗时分段清洗，酸洗时先清洗一段，再清洗二段，碱洗时先清洗一段再清洗二段；清洗时先低流量清洗，单支膜管流量为5m3/h，循环清洗；然后浸泡；再大流量清洗，单支膜管流量为9-10m3/h左右，循环清洗；最后用除盐水大流量的进行冲洗，单支膜管流量在1 0m3/h左右，直至清洗液被冲净为止。清洗后，反渗透系统一段压差恢复正常，两个膜管的性能均出现一定程度恢复，时代沃顿膜管产水量高于A品牌膜管，脱盐率基本一致，说明时代沃顿抗污染膜元件清洗恢复性良好，适用于钢铁厂废水处理项目，具有良好的推广意义。

  4．结论

  国产时代沃顿反渗透膜与国外知名A品牌膜元件在北方某大型钢铁厂化学车间反渗透系统进行中试试验约4个月，在相同的试验条件下，时代沃顿膜元件产水流量优于国外A品牌膜元件，脱盐率变化幅度窄，脱盐性能优异，既可满足了钢铁厂用水量，又可提供稳定可靠的产水水质，降低了膜元件成本，保证了生产稳定运行，产生了良好的经济效益和环境效

益；此外，时代沃顿膜元件具有良好的清洗恢复性，体现出了时代沃顿的抗污染膜对钢铁厂废水的很好的适应性，获得了该钢铁厂的认可，确定了钢铁厂使用时代沃顿产品的信心。

 国产时代沃顿膜元件可以很好的替代国外A知名品牌的产品，该中试试验对钢铁厂废水回用项目具有很好的推广借鉴意义，有利于推进国产化进程和振兴民族品牌。