浸没式超滤和反渗透双膜法在钢铁企业污水处理的应用

付思淇，马红刚，郜小晶，卞小朋，王 淼

（1.河南缔澄环保科技有限公司，河南安阳 455000；2.中联思沃（北京）环境科技有限公司，北京 100010；3.安阳钢铁股份有限公司，河南安阳 455000）

引言

某钢铁企业污水处理系统于2004年建设，随着时间的推移、生产的调整，为提高水资源利用率，对企业原有水处理系统进行了升级改造。原污水处理系统预处理设计规模为5 000 m3/h，深处理设计规模为500 m3/h，预处理水有2 500 m3/h 进行中水回用，其中800 m3/h 供给深处理，剩余中水达标外排。中水水质指标见表1。

表1 中水水质指标

由于系统运行多年，深处理生产规模由原来的500 m3/h衰减到300 m3/h。通过用水调查，发现企业对一级反渗透水的需求量存在较大缺口，而且中水水质较差，接近循环水水质，使循环水浓缩倍率过低，大排大补，造成资源浪费，也会使循环水系统发生腐蚀、结垢、微生物滋生等问题的风险上升。

通过升级改造，在深处理系统现有300 m3/h 反渗透出力的基础上，再扩建反渗透出力1 700 m3/h，使深处理连续外供除盐水量提升到2 000 m3/h。在2 000 m3/h的外供水中，一部分产品水直接供入软水管网，一部分约1 100 m3/h 的产品水由新建高位反渗透水池自流，送入净化水站蓄水池，另外约有1 000 m3/h 的中水也会通过管道送入净化水站蓄水池。反渗透产水与净化水、中水三股水源勾兑后，通过净水站外供泵供入净化水管网，作为生产新水使用。约600 m3/h反渗透产水经产水管流入一期工程反渗透水池，与一期反渗透产水混合外供。反渗透产出的浓水通过后期的浓水零排放工程进行处理，也可部分作为冲渣、闷渣等用途的杂用水。

1 工艺介绍

污水处理工艺主要分为两个阶段：

（1）预处理：通过管网收集的污水经过两道格栅进入曝气除油池，去除浮油后自流进入2 格调节池，在调节池末端设置吸水井，在提升泵的作用下污水进入前混凝，投加石灰和混凝剂、絮凝剂进行反应，然后进入高密度沉淀池沉淀，清水进入后混凝，污泥通过污泥泵进入板框压滤机。后混凝出水通过液位差自流进入V 型滤池过滤后汇集在中水池。预处理工艺流程图见图1。

图1 预处理工艺流程图

（2）深处理：来自预处理的中水经过超滤增压泵加压后进入自清洗过滤器，之后进入超滤装置，超滤产水进入产水池后通过反渗透增压泵进入反渗透保安过滤器，保安过滤器出水进入反渗透高压泵，之后进入反渗透装置脱盐，反渗透产水的小部分进入一期反渗透水池并在供水泵的作用下供入公司软水管网，另一部分进入新建反渗透高位水池自流进入净化水站与中水地表水勾兑处理后进入中水管网。深处理工艺流程图见图2。

图2 深处理工艺流程图

2 工艺特点

2.1 高密度沉淀池搭配V型滤池

高密度沉淀池是在传统的平流沉淀池的基础上，充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论［1］，对混凝、强化絮凝、斜管沉淀三个过程进行优化，通过投加不同的药剂，可以去除部分悬浮物和有机污染物以及大部分的磷，以降低后续处理系统的负荷。系统具有水力负荷高（就相同沉淀面积而言，斜管沉淀的沉淀效率是普通沉淀池的8～10 倍）、占地面积少、启动时间短（一般小于30 min）、出水水质稳定、耐冲击负荷、污泥易于浓缩和脱水等优点。高密度沉淀池示意图见图3。

图3 高密度沉淀池示意图

高密度沉淀池搭配V 型滤池使用，V 型滤池采用均匀级配粗砂作为配料，过滤效果好，纳污能力强，过滤周期长，耐水力负荷冲击，而且采用了气水联合反冲洗方式，反洗效果好，恢复性强。

2.2 双膜处理工艺

采用浸没式超滤加一级反渗透工艺。目前在反渗透的给水前处理技术中，超滤的出水效果最为理想，且具有抗污染能力强、占地较小等诸多优势，逐渐在大型工程中得到应用，运行效果均比较理想［2］。浸没式超滤属于外压式超滤。浸没式超滤与其他超滤的最大区别是采用负压抽吸的方式过滤，尤其适用于污水处理系统［3］。本系统中，超滤采用Memcor 浸没式超滤系统L20N 型膜元件，反渗透膜选用CR-100，一级两段式布置。污水首先经过次氯酸钠消毒进入浸没式超滤配水渠，通过液位和PLC 系统控制分配入不同的超滤水池，超滤产水泵通过负压驱动水和溶解性小分子透过膜壁进入膜纤维内腔，透过液进入超滤产水池。超滤系统主要去除胶体、悬浮物、有机物等［4］，产品水浊度≤0.2 NTU，SDI≤3，回收率≥90% 。

3 运行总结

经过系统调试和连续运行观察，预处理中水作为深处理进水，对改造后的连续72 h 运行记录进行汇总分析，以某一运行时间段1#～6#超滤运行数据统计，超滤产水浊度基本维持在0.02～0.08 NTU，偶尔会出现0.08～0.12 NTU，未出现浊度大于0.2 NTU的情况，超滤产水SDI 基本维持在2 左右，未出现大于3的情况。超滤产水浊度图见图4。

图4 超滤产水浊度图

改造后的1#～6#超滤产水压力基本上维持在-30 kPa以上，偶尔会出现低于-30 kPa的情况，整体运行压力稳定。超滤产水压力图见图5 。

图5 超滤产水压力图

改造后的1#～6#超滤产水流量基本上维持在500～650 m3/h，未出现严重的产水量下降情况，膜运行通量稳定，无明显受到污染或结垢导致的通量下降。超滤产水流量图见图6。

图6 超滤产水流量图

改造后的反渗透回收率能够达到70%的情况下，1#～8#反渗透脱盐率均大于98%。7#和8#反渗透出现低峰值原因为反渗透停机冲洗。反渗透脱盐率图见图7。

图7 反渗透脱盐率图

中水地表水和部分反渗透水在净化水站经过勾兑后作为供给生产单位补水使用。净化水站出水在勾兑前（以2022 年6 月份计）平均电导率为766.6μS/cm、氯离子46 mg/L，勾兑后（以2023 年3月份计）平均电导率431.9 μS/cm、氯离子31.7 mg/L，净化水站出水电导降低40%以上，氯离子降低30%以上。定期化验厂区内用户水质数据，以某用户净环水为例，对系统投运前后某月电导率平均值、循环水Cl-平均值和补充水Cl-平均值进行了对比，发现水质有了较大的改善。

浸没式超滤投运后，系统运行稳定，对反渗透进水水质具有明显改善作用，反渗透保安过滤器滤芯受污染程度大大降低，使用寿命得到有效延长。保安过滤器滤芯使用6 个月后，过滤器运行压差不明显，滤芯表面干净，无明显污染物。使用6个月后保安过滤器滤芯照片见图8。

图8 使用6个月后保安过滤器滤芯照片

4 结束语

通过本次的技术改进，公司各循环系统补充水水质大为改善，从目前监测水质情况来看，工业水补水电导率比以前下降超过40%，氯离子比以前下降超过30%，电导率已降到500 μS/cm 以下，污水厂进污水电导已降低到1 000 μS/cm 以下。循环水浓缩倍率提高，排放减少，节水效果明显。污水厂进水水量明显减少，中水已不需外排。工程投运后，在该企业各工序排水管理规范情况下，大幅降低了新水外部取水量和废水排放量，具有显著的经济效益和环境效益。此外，它符合国家节水减排政策导向，有效缓解了水资源供需矛盾。