多种技术创新应用实现提高脱盐水系统回收率

李 虹 黄 博 袁国光

河钢集团邯钢公司能源中心 河北 邯郸 056015

引言

中国经济迅猛发展,经济发展的同时,随之而来的是大量的工业废水,对环境带来严重威胁。水资源的极度缺乏现状,工业废水处理再利用成为经济可持续发展的重要环节,具有降低生产成本,节水降耗、环境环保等多重意义。大型钢铁企业的邯钢,意识超前,多年前已使用工艺技术为“预处理+两级反渗透”的脱盐水站岗位,其水源均使用的是废水再利用后的中水。脱盐水站经过多年的运行,超滤、反渗透膜设备均出现老化衰减现象,脱盐水系统回收率逐渐降低。邯钢通过技术攻关脱盐水系统,创新节水技术,实现脱盐水系统回收率提高,且保持长周期稳定运行。

1 工艺概况

邯钢东区共有四个脱盐水站,本文以二软水站为例。二软水正式投产于2010年6月,以邯钢第二污水处理厂处理后的产品水中水作为水源,河水作为应急水源。由于二软水站已运行11年,设备的老化、故障率高、膜元件超期使用后的衰减等一系列原因,二软水站在技术攻关前,系统平均回收率仅为57%。

图1 二软水工艺流程示意图

2 多种技术集成创新应用

使用冶金工业废水再利用处理后的产品水中水,水温高,有机物含量高,金属含量高,对于脱盐水站极易造成细菌滋生快,有机物污堵频繁等现象。通过对二软水每个环节分析,精心维护,加药方式、运行参数等各方面进行优化。如根据实际运行情况,对多介质过滤器设定的触发反洗条件进行优化调整;超滤、反渗透系统定期需要进行化学清洗,根据运行情况及水质分析,有针对性的调整化学清洗方案,改变清洗药剂投加顺序及投加时间,并将在线与离线化学清洗相结合等;为保证杀菌剂的投加效果,定期测定观察杀菌效果及保安过滤器滤芯上污染物成分,定期监测余氯等各种手段,调整氧化性杀菌剂投加量,并随之调整还原剂投加量。定期投加非氧化杀菌剂,与氧化性杀菌性相配合投加。根据进水水质,还调整药剂投加点位置,如夏季水温高,细菌、微生物滋生快,可适当将次氯酸钠投加点前置等。加强与源水岗位联系,发现水质波动及时与二污水岗位联系,避免发生水质继续恶化等各项日常操作。本项目还针对二软水站目前现状,进行了针对性的几项技术改造。

2.1 多介质过滤器反洗改造

二软水站共有16台多介质过滤器,每台过滤器产水量64t/h。多介质过滤器反洗完成后投入运行,随着运行时间的顺延,多介质过滤器压差超过0.05MPa或累计流量超过1300t/h的时候触发反洗。反洗步骤为“第一次反洗—排水—气擦洗—第二次反洗——静置——正洗”,原设计的多介质过滤器两次反洗采用的均为中水。

为提高多介质过滤器环节的系统回收率,充分使用浓水,降低中水消耗,通过对数据分析、计算,将二软水站多介质反洗用水由中水改为反渗透浓水。在二软水站一级反渗透浓水管道上加装三通和阀门,并将反渗透浓水外送管延长至连接多介质1#反洗泵进口处。多介质过滤器在两次反洗中由原来使用中水均改造为使用一级浓盐水,反洗最后1步的正洗使用中水正冲1次。这样,既节省了中水消耗,又不影响每套多介质过滤器的在反洗时的反洗效果,也没有给脱盐水系统带来新增问题。

按照目前的运行生产情况,16台多介质过滤器一天平均需最少反洗2.5套,每套多介质过滤器反洗需消耗15-20吨水,每最少可节省中水13688吨,从而提高脱盐水系统回收率。

2.2 超滤清洗方案改造

二软水采用的是6套浸没式超滤,超滤系统在运行中,不可避免存在污染物、沉积物的逐渐积聚的过程,针对超滤系统清洗后存在清洗效果不理想,清洗后过膜压差大,单套设备的运行周期短等现象,调整超滤清洗方案。在超滤的运行过程中,虽然精心维护,但每次反洗还是会有运行中的污染物、沉积物等积累,造成超滤系统存在过膜压差的逐步升高,膜通量的逐步下降。当污堵严重时,需进行化学清洗。

通过多次试验比较,发现采用低PH值、较短的浸泡时间,适当提高清洗液的浓度和温度（建议增加适当用曝气抖动膜丝）清洗效果较好。其次酸洗时采用草酸+柠檬酸,清洗效果相比单一清洗剂清洗明显。清洗后效果明显,清洗周期可延长至6个月。

2.3 二级反渗透装置改造

反渗透在运行中必然会受到污染物、沉积物等污染,从而浓差极化现象愈加明显,造成反渗透每套运行周期缩短,回收率逐步降低,透盐率逐步增大,水耗比高等现象,这些都造成了反渗透系统整体回收率低。由于邯钢脱盐水站使用的是中水水源,因而浓差极化现象造成的水通量下降迅速较为显著,二级反渗透系统回收率低。严格控制膜的水通量和相对比较高的回收率是防止浓差极化,降低污染速度的关键因素。

应用推广一种反渗透无动力浓水高效回收装置”专利。二软水共有三套二级反渗透装置,单套反渗透装置安装66支膜元件,膜元件的单支回收率设计为90%,排列形式为8:3。改造后,将原二级反渗透的一段第8支膜壳作为二级反渗透的三段,排列形式改为三段排列,即为7:3:1。经过计算及测算,改造后的第三段膜壳,其浓水流量为4.36 m3/h（大于4 m3/h）,设计上正常不会产生浓差极化现象。

在不需要额外增加动力的前提下,保证不会造成损伤反渗透膜元件的应用寿命,实现了反渗透的三段排列,间接实现降低浓水排放比例,提高二级反渗透系统单套设备回收率由80%（平均）至92%（平均）,且由于减轻了后段浓差极化趋势,降低了二级反渗透系统设备透盐率,反渗透系统设备的化学清洗周期由50天（平均）延长至70天（平均）。

2.4 混床装置改造

二软水站共有四个体内同步再生式混床装置,实际运行中出现多种弊端,如操作步骤繁复,再生后效果不理想、周期短、再生耗时长,易混脂后污染等。改造前,混床系统频繁再生,且再生耗水量大,从而造成整体水耗高、回收率低。

在现有设备基础上,应用推广“一种新型混床树脂体外分离与再生技术”的专利。不需要增加大的成本和占地空间,将现有的体内同步再生式混床改造为一种混床可实现体外分离树脂与再生的装置,对比原有设备技术,改造后再生效率提高,再生后效果明显提升,周期长,再生次数减少,原有弊端改造后有明显改进或改善。

通过技术改造后,二软水混床系统整体回收率明显提高,系统水耗比大大降低。混床再生后,再生效果良好,每套设备的单次再生时间可缩短为平均1小时,再生次数减少,单套设备连续运转周期延长至平均3天以上。由于改造后再生树脂为体外分离再生,因此再生混液污染树脂的情况不再发生,且再生效果相比改造前明显提升,从而降低了树脂衰减速度,延长了树脂寿命及每次再生树脂损失量,树脂补充更换量由每年12吨减少为每年仅需0.8吨即可满足生产需求,且出水水质优良。

3 使用效果

通过以上膜法技术的优化、专利的推广应用,大大提高整个二软水站脱盐水系统的回收率,提高了中水利用率,总回收率由57%提高至65%,并实现长周期稳定保持。减少了系统各设备的化学清洗次数,从而间接提高设备使用寿命。脱盐水站运行状况良好,产水水质优良。同时,由于脱盐水站的整体系统回收率的提高,减少了浓水比例和反渗透化学清洗、混床再生等产生高盐废水环节的次数,整体减少了高盐废水排放量,邯钢东区高盐废水排水量大幅度降低,由原有的1150t/h减少为840t/h,也完成了脱盐废水减量化。邯钢追求的是可持续长周期稳定发展,目前以实现脱盐水系统的运行稳定良好,但是想长久甚至永远保持脱盐水站的长周期高回收率运行,延长膜元件使用寿命,还需要今后脱盐水站的精细化关系和长期的技术攻关,这将是邯钢今后攻关方向。

4 结语

邯钢在双膜法工艺技术上积累了大量的技术经验,通过一系列的技术调整优化,专利的应用推广,在脱盐水站已运行超过10年,膜元件超期使用、设备老化等现状基础上,保持了较高的系统回收率,且设备运行状况良好,对于应用双膜法工艺技术的企业具有很强的推广性。