新型反渗透膜在工业废水处理中的应用研究

王淼　郜小晶　付思淇　张献彬

摘 要：某钢铁企业污水处理厂深处理原有三套反渗透装置，2005年投入运行，其一期反渗透水设计生产能力为300 m3/h，设计为开二备一。随着用户单位产品设备配套升级对一级反渗透水用量不断上升，整体供水系统已出现反渗透成品水供应严重不足的情况。经多方成员讨论、研究根据现场使用情况，优化机组整体布局、调整主要元件选型，新增一套反渗透机组以最大程度发挥反渗透生产能力。笔者通过一年的水量观察和设备进水压力、段间压差、产水电导、电量消耗等运行数据的记录和计算，验证了通过优化机组整体布局、正确选型可降低企业生产成本，提高经济效益，也为其他钢铁企业在污水处理系统优化和选型上提供了参考。

关键词：反渗透;抗污染;节能降耗

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1674-1064（2022）03-00-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.002

某钢铁企业污水处理厂水处理原有三套反渗透装置，2005年投运，其一期反渗透水设计生产能力为300 m3/h，设计为开二备一。随着用户单位产品设备配套升级对一级反渗透水的用量不断上升，峰值达到500 m3/h，经常维持在400 m3/h左右。而反渗透机组的生产特点是，根据水质、反渗透膜堵塞情况定期进行清洗，以恢复机组产水能力。这时，整个污水处理厂深处理反渗透水产量进一步下降。尽管采取技术改造措施，略微提升了污水处理厂产水能力，但供应不足时还需采取从其他软水站调入二级软水等办法，仍然面临着一级反渗透水供应不足的局面。污水处理厂在原有的生产布局下新增一套反渗透机组，改善了反渗透机组化学清洗产水量不足的情况。新增的反渗透机组根据现场使用情况，优化机组整体布局、调整主要元件选型，最大程度增加了反渗透生产能力[1]。

方案采用的是某公司生产的反渗透膜元件，该反渗透膜属于高耐用、抗污染、抗生物污染的苦咸水反滲透膜元件。该反渗透膜元件是业内领先的抗污染反渗透膜元件，其设计旨在有效提高系统对生物污染的耐受性。超低压差设计允许系统实现更好的水流平衡，这就意味着在废水处理等生物污染较普遍的环境中，水流可以被更均匀地分布到系统各个元件中。该产品还采用了市场上可靠耐用的反渗透膜材料，能够有效抵抗有机污染物，清洁效果好、能耗低，并具备较高的溶质去除率。

1 反渗透机组系统性能检测

“187.5 m3/h反渗透机组”系统性能测试于2020年2月15日0时开始正式记录数据，截至2020年2月17日24时测试结束。整个测试时间持续72小时。要求测试期间，设备各主要运行指标符合合同技术协议内容。

“187.5 m3/h反渗透机组”72小时试车考核要求包括：产品水量187.5 m3/h;回收率≥67%;设备自动运行状态、管道无漏水现象。

72小时连续系统性能数据统计如表1所示。

4#反渗透机组连续运行72小时统计基础运行数据：产水量：198.67 m?/h;段间压差0.07 MPa;产水电导：24.3 us/cm;回收率：70.5%;脱盐率：99.1%;4#反渗透机组系统性能平均数据，远远高于其他三套反渗透机组的运行数据。

2 反渗透机组运行数据对比

通过一月至六月反渗透机组运行，分析段间压差（如图1）、汇总产水量（如图2）、进水压力、产水电导、电量消耗等运行数据，并与1#～3#反渗透机组对比。

1#～4#反渗透机组段间压差数据对比如图1所示。

1#～4#反渗透机组产水量数据对比如图2所示。

1#～4#反渗透机组进水压力数据对比如图3所示。

1#～4#反渗透机组高压泵电流数据对比如图4所示。

1#～4#反渗透机组在进水水质相似条件下，产水电导数据对比如图5所示。

根据数据对比情况可以看出，4#反渗透机组运行数据与1#～3#反渗透机组数据对比，4#反渗透段间压差一直保持很低的状态，在进水水质相似条件下的产水电导数值处于较低状态;在较高的产水量下，高压泵电流明显低于其他三台高压泵，说明该反渗透机组对处理污水有较好的抗污染性，并且具有很好的节能效果。

3 反渗透机组化学清洗

反渗透机组一般达到以下情况：

当标准化流量降低10%～15%，系统脱盐率降低10%～15%，操作压力和段间压差增加10%～15%时，反渗透机组运行数据超出以上运行标准后，应进行化学清洗操作，恢复反渗透机组正常生产能力。

4#反渗透机组运行至6月份的各项生产指标与标准数据的对比表明，指标均未达到反渗透装置化学清洗标准。为确保反渗透机组运行正常，于7月29日～7月31日进行反渗透机组保护性化学清洗，清洗方法、药剂种类与1#～3#反渗透机组清洗方式相同。清洗前后的产水量与运行压力对比，如图6、图7所示。

从4#反渗透机组清洗前后的数据对比可以看出，清洗前后产水量增加，进水压力和段间压差明显下降。相比1#～3#反渗透机组，其在化学清洗时间上缩短3/5，在清洗药剂的使用费用上节省2/3以上。

4 结语

通过汇总分析以上数据可知，4#反渗透机组通过优化机组整体布局、采用新型反渗透膜，达成以下目标：具有较好的抗污染性能，能够延长设备运行时间，增加周期产水量;有效减少了反渗透机组化学清洗频率，降低了设备维护成本;化学清洗pH值的耐受范围可达到1～13，较宽的pH值范围有助于实现针对膜污染物、有机化合物和无机盐结垢等的有效清洗;降低能源消耗，节约生产运行成本。

通过一年的使用统计，污水处理厂深处理2019年外输水量387.4 m?/h;2020年4#反渗透投运后，深处理外输水量438.9 m?/h，平均每小时增加外供量51 t/h，每年为污水处理厂增收273.6万元。

设备运行电费方面：通过现场仪器测量计算，4#反渗透机组平均每小时耗电量为114 kW·h，1#～3#反渗透机组平均耗电量132 kW·h。4#反渗透机组平均比1#～3#反渗透机组节约电量18K kW·h，每年可节约电费约9.5万元（按0.6元/kW计算）。

反渗透机组能够减少清洗时间和次数，可节省化学清洗药剂数量的50%以上。按照每套反渗透机组清洗一次使用药剂费用3 000元/次，每年正常清洗4次计算：可得3 000元×4÷2=6 000元/年。合计每年将为污水处理厂增收：273.6万元+9.5万元+0.6万元=283.7万元。

4#反渗透机组延长设备运行周期，有效增加了设备周期产水量，在相同情况下比1#～3#反渗透装置节能幅度高10%左右。此次新增4#反渗透机组，通过优化机组整体布局和采用新型反渗透膜，达到了明显降低设备运行成本和人工成本的效果。

参考文献

[1] 陶氏化学公司.FILMTEC?反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册[M].美国：陶氏化学公司，2017.0196B4B3-0396-4F43-9EE0-F9EAC59EAC16