鋼廠廢水回用反滲透(RO)技術(shù)

　　反滲透(RO)技術(shù)以其脫鹽率高、環(huán)保、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于鋼廠廢水回用、地表水回用、海水淡化、電鍍廢水回用等領(lǐng)域，隨著全球性水資源的日益短缺和水污染加劇，廢水回用已成為水資源的重要組成部分。鋼鐵廠在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，在鋼廠廢水資源利用中，超濾(UF)+反滲透(RO)深度處理工藝得到越來越廣泛的應(yīng)用，利用RO技術(shù)進(jìn)行鋼廠廢水回用是緩解工業(yè)用水荒的戰(zhàn)略對策之一，也是實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用、防止環(huán)境污染的一種有效途徑。同時(shí)也有效降低了噸鋼的新水消耗量，為推進(jìn)鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排和綠色轉(zhuǎn)型做出了貢獻(xiàn)。

　　河南某鋼鐵廠的工業(yè)廢水主要來源于生產(chǎn)工藝過程用水、設(shè)備與產(chǎn)品冷卻水、煙氣洗滌和場地沖洗排放水、生活排放水等綜合廢水的混合水，該混合廢水經(jīng)污水站處理后作為回用工程的源水，經(jīng)超濾(UF)+反滲透(RO)深度處理后，作為本廠生產(chǎn)用水的補(bǔ)充水。

　　由于鋼廠的工藝產(chǎn)品不同、運(yùn)行管理不同，使污水水質(zhì)波動(dòng)較大，而且污水成分復(fù)雜，雜質(zhì)濃度較高，所以，反滲透(RO)系統(tǒng)需要專門設(shè)計(jì)一系列的預(yù)處理過程，完善RO進(jìn)料水的預(yù)處理工藝，包括供酸和添加阻垢劑等，預(yù)防膜元件的污染。但是，即便系統(tǒng)有較為完善的預(yù)處理單元，也不能完全避免膜在使用過程中受到污染，膜污染會(huì)導(dǎo)致進(jìn)出水壓差升高，脫鹽率降低，產(chǎn)水量下降等問題。RO系統(tǒng)膜受污染后，應(yīng)采用合理的清洗方法及時(shí)進(jìn)行清洗，否則，污染物的沉積會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不定期停產(chǎn)，甚至需要頻繁更換膜組元件。所以，發(fā)現(xiàn)RO膜污染后及時(shí)進(jìn)行有效的清洗是保證RO系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)。

　　1、鋼廠廢水回用水質(zhì)處理工藝

　　河南某大型鋼廠針對本廠廢水特點(diǎn)，利用超濾(UF)+反滲透(RO)深度處理技術(shù)作為廢水回用的主要水處理工藝，設(shè)計(jì)的廢水處理量為2.8萬m3/d，系統(tǒng)設(shè)備配置如下：曝氣氧化池+高密度澄清池+V型濾池+超濾(UF)+反滲透(RO)等組成。系統(tǒng)使用的反滲透膜是美國的KOCH科氏聚酰胺復(fù)合膜，水處理工藝流程如圖1所示。

　　2、反滲透(RO)膜污染原因及污染物分析

　　2.1 RO系統(tǒng)概況及存在的問題

　　該鋼廠廢水回用項(xiàng)目中，共有6套反滲透(RO)裝置用于廢水回用，設(shè)計(jì)產(chǎn)水量單套200m3/h，回收率70%，運(yùn)行2年后，2號、5號RO系統(tǒng)出現(xiàn)了較為明顯的出水量下降，膜端壓差增加，脫鹽率降低等現(xiàn)象，經(jīng)了解，在運(yùn)行過程中廠方盡管進(jìn)行了定時(shí)的正沖、反沖維護(hù)操作，但沖后出水效果沒有明顯的改善，而且，經(jīng)過常規(guī)的化學(xué)清洗已經(jīng)不能達(dá)到降低壓差、提高產(chǎn)水量的目的，為避免RO系統(tǒng)大規(guī)模更換膜元件，決定對2號、5號RO系統(tǒng)膜污染原因及清洗進(jìn)行分析研究，確保RO系統(tǒng)平穩(wěn)、正常的運(yùn)行。

　　2.2 鋼廠廢水水質(zhì)分析

　　鋼廠廢水經(jīng)污水站處理后作為廢水回用工程的源水，其水質(zhì)分析如表1所示。

　　由上述分析結(jié)果可以看出，鋼廠廢水成分復(fù)雜，含鹽量高、硬度大，懸浮物多，有機(jī)物含量高，尤其是Ca₂⁺、SO₄^2-含量較高，因此，應(yīng)完善RO系統(tǒng)預(yù)處理工藝，加強(qiáng)預(yù)處理管理控制水平，確保RO系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，避免RO膜受到污染。

　　2.3 反滲透(RO)膜污染物成分分析

　　拆卸受污染RO系統(tǒng)膜元件，打開RO膜元件端板，發(fā)現(xiàn)膜表面附著一層淡黃色黏泥狀沉積物，取樣對污染物成分進(jìn)行化學(xué)分析，分析結(jié)果如表2所示。

　　由表2分析結(jié)果可以看出，污染物主要是有機(jī)物和微生物污垢，以及硫酸鈣、碳酸鈣等無機(jī)鹽垢。

　　2.4 反滲透(RO)膜污染原因分析

　　鋼廠廢水成分復(fù)雜，有機(jī)物、Ca₂⁺、SO₄^2-含量較高，特別是鋼鐵企業(yè)，因工藝產(chǎn)品不同，運(yùn)行管理不同，使鋼廠廢水水質(zhì)波動(dòng)較大，對加藥工藝會(huì)產(chǎn)生較大的影響，因此，需要加強(qiáng)管理，不斷優(yōu)化，對預(yù)處理單元應(yīng)不斷完善，提高管理水平，否則，常常會(huì)導(dǎo)致RO膜元件受到污染，可見，運(yùn)行管理不當(dāng)是導(dǎo)致膜污染的重要原因。

　　另外，鋼鐵企業(yè)的廢水經(jīng)常規(guī)處理后，排出水的COD、含油量常常難以滿足RO系統(tǒng)的要求，這對RO膜材料和組件的反污染設(shè)計(jì)與選型提出了更高的要求?？傊搹S廢水回用RO系統(tǒng)膜污染是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)實(shí)問題，發(fā)現(xiàn)RO系統(tǒng)膜污染后及時(shí)進(jìn)行合理、有效的清洗是保證RO系統(tǒng)正常運(yùn)行的有效方法。

　　3、反滲透(RO)膜化學(xué)清洗

　　針對該廠RO膜污染情況及污垢特點(diǎn)，采用單一酸洗或堿洗達(dá)不到預(yù)期清洗效果，確定采用“殺菌+酸洗+堿洗+酸洗”清洗方案，對該廠2號、5號RO系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗。

　　工藝流程如下：水沖洗―殺菌―水沖洗―酸洗―水沖洗―堿洗―水沖洗―酸洗―水沖洗―完成。

　　3.1 清洗工藝參數(shù)

　　殺菌：殺菌劑選用2,2-二溴-3-次氮丙酰胺，加入濃度400~500mg/L，水溫控制在30~35℃，循環(huán)30~60min，浸泡4h。

　　酸洗：采用鹽酸，控制pH在2~3，水溫控制在30~35℃。

　　堿洗：1.5%次氯酸鈉，2.0%碳酸鈉，0.01%表面活性劑，控制pH在10~11，水溫控制在30~35℃。

　　3.2 清洗步驟

　　(1)水沖洗。化學(xué)清洗前，采用RO產(chǎn)水進(jìn)行沖洗，目的是有效帶走RO膜表面部分污染物;化學(xué)清洗后的水沖洗，目的是置換化學(xué)清洗廢液，為產(chǎn)品水的質(zhì)量提供保證。

　　(2)殺菌。向清洗水箱內(nèi)注水，用蒸汽加熱，啟動(dòng)清洗泵，緩慢加入殺菌劑，動(dòng)態(tài)循環(huán)，清洗溶液由無色變化為淡黃色，放掉清洗溶液，重新配制新的清洗液，如此循環(huán)，清洗至溶液顏色不變后，浸泡4h，放掉清洗液，進(jìn)行水沖洗，出水干凈后水沖洗結(jié)束。

　　(3)酸洗。酸洗時(shí)，向清洗水箱內(nèi)注水，用蒸汽加熱，啟動(dòng)清洗泵，緩慢加入鹽酸，pH控制在2~3，進(jìn)行分段清洗，先清洗一段，再清洗二段。動(dòng)態(tài)循環(huán)40min，再浸泡40min。如此交替進(jìn)行清洗，當(dāng)pH值不再升高時(shí)，進(jìn)行水沖洗，出水pH值達(dá)到6~7時(shí)，水沖洗結(jié)束。

　　(4)堿洗。向清洗水箱內(nèi)注水，用蒸汽加熱，啟動(dòng)清洗泵，慢慢加入清洗藥劑，攪拌使清洗藥劑完全溶解，先清洗一段，再清洗二段。動(dòng)態(tài)循環(huán)40min，再浸泡50min。如此交替進(jìn)行清洗，若pH降低0.5時(shí)，加入NaOH控制pH值在10~11。當(dāng)pH值不再降低時(shí)，進(jìn)行水沖洗，出水pH值達(dá)到6~7時(shí)，水沖洗結(jié)束。

　　(5)酸洗。堿洗后，當(dāng)水沖洗至出水為中性后，再進(jìn)行一次酸洗，其清洗方法及工藝同上酸洗所述。

　　(6)水沖洗?；瘜W(xué)清洗結(jié)束后，用大量RO產(chǎn)品水對清洗水箱、管道、RO系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，當(dāng)pH達(dá)到中性為止。

　　(7)在清洗過程中排放的廢酸、廢堿，應(yīng)用酸、堿進(jìn)行中和處理，防止環(huán)境污染。

　　4、清洗效果

　　對2號、5號RO系統(tǒng)分別進(jìn)行了化學(xué)清洗，清洗前后主要運(yùn)行參數(shù)見表3。由表3可以看出，清洗后2號、5號RO系統(tǒng)一、二段進(jìn)水壓力明顯降低，產(chǎn)水量有較大提高，由此可見，本次清洗效果良好，達(dá)到預(yù)期清洗效果。

　　5、結(jié)論

　　(1)鋼鐵企業(yè)因產(chǎn)品工藝不同，運(yùn)行管理不同，使鋼廠廢水水質(zhì)波動(dòng)較大，對加藥工藝會(huì)產(chǎn)生較大的影響，廢水回用RO膜污染是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)實(shí)問題，因此，在RO系統(tǒng)日常運(yùn)行過程中，需要加強(qiáng)管理，對預(yù)處理單元應(yīng)不斷完善，嚴(yán)格控制RO系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)防或延緩RO膜污染的發(fā)生。發(fā)現(xiàn)RO系統(tǒng)膜污染后，應(yīng)及時(shí)分析診斷污染原因，依據(jù)污染物性質(zhì)和特點(diǎn)，進(jìn)行有針對性的化學(xué)清洗，系統(tǒng)性能才能獲得較好的恢復(fù)，否則，很容易導(dǎo)致RO膜出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的損傷。

　　(2)本次化學(xué)清洗，2號、5號RO系統(tǒng)進(jìn)出水壓差明顯降低，產(chǎn)水量有較大提高，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，清洗后RO系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，達(dá)到預(yù)期清洗效果。(來源：河南省化工研究所有限責(zé)任公司)