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2013 年 第 8 期 广 东 化 工 第40卷 总第250期 121 钢企回用水厂外排水双膜法回用处理研究钢企回用水厂外排水双膜法回用处理研究 潘振江 1，刘蕾蕾2 1．上海宝希计算机技术有限公司，上海 200083；2．马克特信阿甘上海贸易有限公司，上海 200041 [摘 要]文章针对钢铁行业综合废水的水质特点，采用超滤反渗透双膜工艺处理回用水厂外排废水。超滤预处理产水 SDI153.5 满足后续 反渗透膜的深度处理进水要求。超滤在反洗周期 40 min，反洗时间 60 s 的情况下运行稳定性良好。采用抗污染反渗透膜对废水电导率的脱除效 果较理想，脱盐率大于 99 ，COD 的去除率约 65 ，对硬度的脱除率达到 100 ，在连续运行过程中，反渗透的通量和脱盐率表现出良好的 稳定性且完全满足设计循环水用水标准。 [关键词]超滤；反渗透；脱盐；双膜法 [中图分类号]TQ028.8 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865201308-0121-03 Study on Dual Membrane Process to Reuse Treatment of Effluent Wastewater in Iron and Steel Enterprise Pan Zhenjiang1, Liu Leilei2 1. Shanghai Baoxi Computer Technology Co., Ltd. Shanghai 200083； 2. Makhteshim-AganShanghaiTrading Co., Ltd., Shanghai 200041, China Abstract According to the quality characteristics of iron and steel wastewater, UFRO is designed as the depth treatment for wastewater reuse .The water production of UF SDI153.5, meet the following reverse osmosis membrane water requirements. Under 40 min for backwash cycle and 60s backwash time, UF has a stable operation. The antipollution reverse osmosis membrane also has great perance, with 99 desalination rate, 65 COD removal rate, and can totally removal water hardness. In the long running time, the membrane filtered water production fully meet the circulating water standard, and have the ideal throughput and desalination perance. Keywords UF；RO；desalination；dual membrane process 钢铁行业是用水大户，目前大多数钢厂的综合废水利用率较 低，大部分废水经处理后达标外排，仅少部分简单处理后用于钢 铁厂浊循环系统。面临国家政府越来越严格的环保政策和钢企自 身节能发展的双重压力，综合废水进行脱盐深度回用处理后作为 生产新水回用于循环水系统成为钢企节能减排，提高水重复利用 率，降低了吨钢新水耗量的最理想途径[1-2]。目前水处理脱盐工艺 以双膜法最为成熟和经济。钢铁行业的废水有别于其它行业废水 具有独特的水质特点[3-4]，因此，文章针对某钢厂综合废水进行双 膜法深度处理研究，为钢企综合废水回用处理膜法工程设计提供 一定的参考。 1 设计进、出水水质及处理工艺设计进、出水水质及处理工艺 1.1 设计进、出水水质 中试试验水源来自某钢厂回用水厂处理后达标的外排废水， 回用水厂综合废水主要来源于电厂、热轧、炼钢、炼铁、动力设 施、烧结厂的生产排污水及厂区居民区的大部分生活污水。回用 水厂废水处理工艺见图 1，综合处理效果较好，回用水厂外排水 水质见表 1，由于整个废水处理工艺过程中不存在脱盐工艺段， 故回用水厂处理水的电导率逐年增加，不仅满足不了回用水水质 要求，也达不到工业废水外排标准。 根据该钢厂能环部节能减排及工业循环水补水标准水要求确 定设计进、出水水质指标如见表 1。 表表 1 中试设计进、出水水质中试设计进、出水水质 Tab.1 Design quality of influent and effluent 项目 pH 浊度 电导率 总硬度 Cl- 油 COD 单位 NTU μs/cm mg/L mg/L mg/L mg/L 科研原水 7.51～8.76 0.42～8.70 918.00～1538.00230.70～417.6586.68～353.53 ≤0.09 9.00～24.00 循环水补水标准 7-8 - 5 仍然达不到进 反渗透膜的水质要求，若直接进反渗透处理势必极易造成膜的污 堵。超滤过滤精度高，对胶体、大颗粒悬浮物、细菌等的去除效 果要优于常规预处理工艺，产水水质较好且稳定，已成为反渗透/ 纳滤膜系统最可靠的预处理工艺，在各行各业的水处理工程中已 经得到广泛的应用和认可[7-8]。目前市场上的超滤膜产品繁多，通 过对废水水质的分析和超滤膜应用的调研，本中试科研选定某国 产品牌外压式中空纤维超滤膜进行实验， 膜面积 40 m2， 膜材质 PVDF，膜孔径0.03 μm。 1.3.2 反渗透系统 反渗透系统是脱盐深度处理的核心部分，而膜元件又是能否 实现处理目标的关键，本中试实验选用某进口品牌新型抗污染反 渗透膜元件来处理综合废水，以期实现废水脱盐回用的目的。RO 部分设计一单支 8 吋反渗透膜系统，设置化学加药系统以维持反 渗透膜的正常运行，膜系统在线电导率、ORP、浊度计等分析仪 表均采购 GF 品牌。 2 调试运行结果调试运行结果 2.1 超滤部分 PVDF 材质的超滤膜强度好，化学稳定性好，多用于废水处 理行业[9]。鉴于回用水厂外排水水浊度较低、有机物含量低的特 点， 为考察所选用超滤膜的适应性， 试验中采用高强度处理实验， 超滤膜设计通量 80 L/m2h，反洗周期 1 hr，反洗时间 45 s，不 采用气洗和化学加强反洗等措施，设计运行参数远超实际工程应 用中膜厂家推荐设计参数。实验过程中水温较恒定约 23℃。 图 2 是 PVDF 超滤膜在连续运行过程中的通量变化趋势，从图 中可以看出， 运行过程中膜通量相对较稳定， 基本维持在78 L/m2h， 膜通量未出现较大衰减，整个过程中跨膜压差基本恒定在 0.4 bar， 在非常规工况下， PVDF 膜运行表现出良好的稳定性， 故可推断出在 常规设计参数条件下该品牌超滤膜亦能满足实际工况需求。 02468101214 60 65 70 75 80 85 90 Flux /LMH Operating time /min Flux 图图 2 PVDF 超滤膜运行膜通量变化超滤膜运行膜通量变化 Fig.2 variation of flux of PVDV UF membrane 02468101214 0 1 2 3 4 5 SDI15 Operating time/hr SDI15 图图 3 PVDF 超滤膜产水超滤膜产水 SDI15变化情况变化情况 Fig.3 variation of SDI15 of PVDF UF membrane 膜产水水质优劣是衡量超滤膜的又一项重要指标。当超滤膜 用于 RO/NF 系统预处理时，超滤膜产水的 SDI15的大小成为其性 能好坏的最重要参数，因为目前大多数学者认为进水 SDI15是保 障 RO/NF 系统稳定运行的最重要因素之一。 图 3 是中试实验过程 中 PVDF 超滤膜产水的 SDI15的变化趋势图，从检测结果来看， 超滤膜产水的 SDI15基本在 2.5～3.5 范围之内，较好的满足了反 渗透膜的进水 SDI15要求，SDI15出现小幅波动的原因经分析可能 与检测取样时间有关，实为超滤反洗前后的 SDI15检测结果的差 别。 2.2 反渗透部分 考虑到废水处理过程中污染较严重的情况，本中试采用进口 抗污染反渗透膜进行脱盐深度处理，由于反渗透膜进水中硬度较 高，采用专业膜设计软件进行模拟计算存在结垢风险，故在膜进 水管路设计阻垢剂加药点，同时还设置了还原剂和杀菌剂加药装 置，降低和避免膜被氧化和生物污染的风险。 反渗透膜的核心作用是脱盐，降低电导率，图 4 是抗污染 RO 膜在不同操作压力下的脱盐效果。 在运行压力 0.61.2 MPa 条 件下， 单支膜脱盐率均在 99.0 以上， 进水电导率 1000 μs/cm300 μs/cm 的情况下，产水电导率小于 7.6 μs/cm。随着压力的升高， 膜脱盐率和回收率均呈增大趋势， 符合反渗透膜溶解-扩散的分离 原理，压力升高，压力渗透膜的水透过驱动力增加，故回收率会 提高，而盐透过驱动力与压力无关，故脱盐率随之升高[10-11]。 0.60.70.80.91.01.11.2 0.1 0.2 0.3 0.985 0.990 0.995 1.000 Operating pressure/MPa Desalination rate Recovery rate 图图 4 抗污染反渗透膜不同操作压力下的脱盐率和回收率变化抗污染反渗透膜不同操作压力下的脱盐率和回收率变化 Fig.4 The variation of desalination rate and recovery of antipollution RO membrane under different pressure 实际工程应用中影响反渗透膜性能的主要因素是脱盐率和通 量的大小及其稳定性[12-13]。采用软件模拟计算大规模工程应用情 况下该膜的实际运行状况，在实现目标水质的情况下，膜运行压 力约 9 bar 左右。因此，中试试验过程中固定 RO 进膜压力 9 bar 的条件下考察 RO 膜通量和脱盐率的稳定性。 图 5 是反渗透膜在高于工程实际设计回收率条件下连续运行 的通量和脱盐率变化趋势图。 反渗透膜在 18 的回收率下连续运 行，膜通量和脱盐率虽有一定程度的变化，但基本维持恒定，未 出现较大程度的衰减。从试验结果来看，该抗污染反渗透膜通量 和脱盐性能的稳定性较好。 0200400600800 0.986 0.988 0.990 0.992 0.994 0.996 0.998 20 21 22 23 24 25 26 27 Flux/LMH Operating time/min Desalination rate Flux 图图 5 回收率回收率 18 条件下反渗透膜连续运行通量和脱盐率变化条件下反渗透膜连续运行通量和脱盐率变化 Fig.5 The variation of desalination rate and flux of RO with 18 recovery 2013 年 第 8 期 广 东 化 工 第40卷 总第250期 123 图6 是反渗透膜在操作压力9 bar下对COD和硬度的去除效 果， 反渗透膜对 COD 的去除率约 65 ， 对硬度的去除率达到 100 。经分析组成原水 COD 的有机物主要为可溶性的，因此造成反 渗透膜对 COD 的去处理率相对较低。反渗透对硬度的去除越彻 底，产水中硬度越小，能够极大提高回用水用于循环水系统的经 济性，减少阻垢剂等一系列药剂的投加量。 C O D硬度 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Removal rate/ 图图 6 反渗透膜对反渗透膜对 COD、硬度的去除效果、硬度的去除效果 Fig.6 The COD and hardness removal efficiency of RO 3 结论结论 针对该回用水厂外排水水质情况， 超滤反渗透双膜工艺能够 较好的实现废水回用的目标要求，且在高于工程实际设计参数的 情况下运行， 双膜工艺均表现出良好的稳定性能。 超滤产水 SDI15 始终小于 3.5，为保证了后续 RO 膜脱盐的稳定运行奠定了基础。 另外，抗污染型反渗透膜的脱盐率一直维持在 99 以上，且通量 基本稳定，抗冲击性亦较理想。外排废水经双膜工艺处理后能够 完全满足设计循环水用水标准。 参考文献参考文献 [1]倪长平．钢铁企业节水与废水资源化研究[C]．全国冶金节水与废水利 用技术研讨会，201210-11． [2]胡长志．钢铁企业节水与废水资源化研究[C]．全国冶金节水与废水利 用技术研讨会，201110-11． [3]范伟，吕军，陆必云，等．大型钢铁公司生产废水的处理与回用[J]．中 国给水排水，2010，26680-84． [4]张书珍，孙晓然．国内钢铁工业废水处理现状及发展[J]．中国钢铁业， 2010，91-4． [5]尹磊． 脱盐水处理工艺的经济技术比较[J]， 科技情报开发与经济，2009， 2619220-221． [6]张楠，薛改凤，张垒，等．钢铁工业废水除盐技术与展望[J]．武钢技术， 2011，54960-62． [7]潘振江，高学理，王铎，等．双膜法深度处理油田采出水的现场试验研 究[J]，水处理技术，2010，13686-90． [8]徐佳，阮国岭，高从堦．超滤预处理在胶州湾海水淡化的应用[J]，水处 理技术，2007，73364-67． [9]汪锰，王湛，李政雄．膜材料及其制备[M]．北京化学工业出版社， 2003． [10]王晓琳， 丁宁． 反渗透和纳滤技术与应用[M]． 北京 化学工业出版社， 2005． [11]时钧，袁权，高从堦．膜技术手册[M]．北京化学工业出版社，2001． [12]杨艾花，杨继．反渗透处理技术在太钢生产废水回用中的应用[J]．冶 金动力，2005，169-72． [13]董利珠．超滤反渗透工艺深度处理钢铁厂综合污水[J]．环境工程， 2011，22958-60． 本文文献格式潘振江，刘蕾蕾．钢企回用水厂外排水双膜法回 用处理研究[J]．广东化工，2013，408121-123 上接第 125 页 8 系统改造后水质检测结果系统改造后水质检测结果 表表 4 检测数据表检测数据表[8] Tab.4 Detection data 检测项目 标准值 结果值 铁 ≤0.3 mg/L 0.25 mg/L 锰 ≤0.1 mg/L 0.05 mg/L 氯化物 - 2500 mg/L pH 6.58.5 7.6 注检测温度20 ℃，相对湿度50 ，取样点为石英砂过滤器滤出水取样 口 从检测结果可以看出，出水铁锰指标满足水质要求。 9 结论结论 综上所述，可得出以下结论 1对于温泉及其它地热源水来说， 当其温度较高一般来说超 过 25 ℃且铁锰含量较高时，因氧在水中溶解度极低，不宜采用 曝气除铁锰措施。 2在允许的情况下，可采取直接投加氧化剂将低价铁锰离子 氧化成高价离子并最终形成沉淀物，并通过有效过滤措施截留沉 淀物。 3在铁锰含量较高的情况下，锰砂的催化作用对除铁锰效果 已不明显，影响因素主要为滤料的粒径大小及均匀性。此种情况 下，采用细石英砂过滤效果要比采用细锰砂更好。 4对于其它高温、气溶性较差且存在氧化性或还原性物质的 源水，可采用类似方式进行处理。 参考文献参考文献 [1]江苏地调院水堪中心． 溱湖地热地2号井检测报告[R]编号08S1360001． [2]中华人民共和国卫生部．生活饮用水卫生标准[M]GB57492006．北 京中国标准出版社，2007． [3]上海市建设和交通委员会等．室外给水设计规范[M]GB50013－ 2006．北京中国计划出版社，2006． [4]李冬，张杰．除铁除锰生物滤层最优化厚度的研究[J]．中国给水排水， 2007，231395-96． [5]姜堰市疾病预防控制中心．质量检测报告书-水[R]．检字第20100409 号． [6]中国石化集团上海工程有限公司．化工工艺设计手册下[M]．北京 化学工业出版社，2009． [7]中华人民共和国住房和城乡建设部．游泳池给水排水工程技术规程 [M]CJJ122-2008．北京中国建筑工业出版，2008． [8]姜堰市疾病预防控制中心．质量检测报告书-水[R]．检字第20100481 号． 本文文献格式赖惠珍，陆达仁．温泉水除铁除锰影响机理的研 究[J]．广东化工，2013，408124-125