导向反渗透装置在宣钢工业废水处理中的应用

杨 栋

（河钢集团宣化钢铁公司，河北宣化 075100）

0 引言

宣钢工业废水处理设施投建于2008年，深度处理工艺为：中水→机械过滤器→超滤→一级反渗透→回用水。回用水一部分直接回到中心泵站清水池作为工业水回用，另一部分经过二级反渗透装置制备成软水直供厂区用户。因深度处理的水源为前期预处理的中水，水质仍较差，加上预处理工序中其他因素影响，造成反渗透膜在经过一段时间运行后，膜进水端污堵严重，使反渗透设施产水量和产水水质受到较大影响，尤其是一部分软水属于直供用户，产水量和产水水质变化会直接影响用户使用和公司产品品质。另外，膜端污堵严重时还会造成浓盐水水量增加、反渗透进水压力升高等问题，造成不必要的水资源浪费及安全运行隐患。深度处理站原反渗透装置已不能适应生产系统对反渗透水品质和量的需求。

为了解决深度水处理原反渗透装置存在的问题和缺陷，改善反渗透出水水质和水量，宣钢决定对原反渗透装置进行升级改造，将常规反渗透装置改为新型导向反渗透装置。本文叙述了反渗透装置改造的必要性，重点介绍了新型导向反渗透装置的特点和工作原理，并对导向反渗透装置投用后的效果进行了总结分析。

1 原反渗透装置存在的问题

宣钢焦化和烧结生产过程中经常出现生化和脱硫废水外排的情况，因生化废水中的氛氰类和苯环类物质对反渗透膜的同化腐蚀，以及脱硫废水中硫酸镁、硫酸钙等微溶垢类的污堵，造成了深度水处理一级反渗透膜进水端污堵严重，进水压力和膜段间压力升高，产水量降低。原反渗透膜是采用国产时代沃顿膜元件，污堵快，产水率下降明显，且清洗时不易恢复膜的性能，平均寿命约1年，相比进口反渗透膜元件3～5年的使用寿命，经济性低。自2019年后半年开始，一级反渗透单组产水量已由设计的210m³/h下降到100m³/h，且产水水质恶化，直接影响了工业水水质,以及软水的产水量和水质，造成厂区软水供应紧张。另外还造成软水循环处理系统树脂罐再生频次增加，严重影响了公司正常的生产秩序。宣钢深度水处理原反渗透装置为常规工艺设计，即一端进水，中心管收集产水，另一端出浓水的工艺设计。由于进水水质为中水，水质较差，造成常规反渗透装置问题频发。其主要问题归纳如下：

（1）国产膜的抗污染能力较差。目前看国产膜处理水源仅适用于清水或生活污水处理后的中水，污染物单一且没有工业类的污染物。

（2）SS和胶体的污染易发生在一段的首支膜元件上；硬度结垢的污染易发生在二段，特别是二段的末端膜元件上；有机物的污染是整个系统都存在的，二段的污染比一段严重，此类污染会造成膜元件产水量下降，脱盐率下降，产水水质变差；单流向的特点导致进水侧膜的污染程度要高于出水侧。

（3）目前常规的保安过滤器已不适应水质的特点，造成反渗透机组产水衰减较快，化学清洗周期缩短约十天，对反渗透膜造成不可逆的污堵。

（4）反渗透装置运行过程中，供水采用工频泵，供水流量固定不可调。由于要考虑最大运行工况，因此反渗透装置实践供水流量偏大，容易造成保安过滤器滤芯损坏，导致反渗透膜污染严重，不仅造成能源浪费，也不利于设备合理运行。

2 存在问题的解决方案

解决方案主要是通过改变反渗透装置进水方式，将常规反渗透装置改为新型导向反渗透装置，利用新型导向反渗透装置的双向进水模式，均衡膜元件污染不均问题，并对配套设施进行相应改造，使其达到最佳运行效果。

2.1 更换反渗透膜

将原来国产品牌时代沃顿反渗透膜更换为美国DOW公司产品，反渗透膜型号为BW30FR-400/34，共计1350根。

2.2 将原反渗透装置更换为新型导向反渗透装置

2.2.1 新型导向反渗透装置的工作原理

新型导向反渗透装置进水方式，由原来的一端进水改为两端进水，一段和二段均可正向和反向进水，进水方向的调整可以通过时间、流量、压差等多种控制方式实现。新型导向反渗透装置在进水调向时，可以将膜表面的污染物在高压水流的作用下冲出压力容器，污染物不易在膜表面形成污染。进水调向控制在污染物对膜形成染物前进行，是可调节的，而且新型导向反渗透装置不需要设置单独的冲洗泵。

2.2.2 新型导向反渗透装置的主要优势

整套导向反渗透装置通过可控制编程器、在线检测仪表、压力控制器等实现流量、时间、压差等的控制，自动化程度高；新型导向反渗透装置抗污染性能高，清洗周期可达3个月，在焦化废水处理应用上，清洗周期更是达到4个月之久；来水质量波动时，新型导向反渗透装置抗污染冲击性能好（可以通过调整进水调向时间来控制污染程度）；新型导向反渗透装置软水的回收率更高，在相同产水量的条件下，进水量小，所需药剂成本相对较低。表1为新型导向反渗透装置与原反渗透装置对比。

表1 新型导向反渗透装置与原反渗透装置对比

2.2.3 新型导向反渗透装置结构特点

为解决原反渗透装置一段、二段膜，SS、胶体、硬度及有机物污染位置不同，以及水单向流动造成的前后膜污染程度不同的问题，新型导向反渗透装置在反渗透膜组每段进水端和浓水出口端设一对端口，用于模组进行进水和浓水循环出水功能的交替，即在新型导向反渗透机组运行中，每段膜进、出水端在一个时间段中执行进水功能，又在另一个时间段中执行浓水循环出水功能。通过进、出水功能交叉运行，解决了膜元件受SS、胶体、硬度结垢和有机物污染位置不同造成的膜污染前后端差距较大的问题。

2.3 反渗透膜反向清洗装置改造

为适应新型导向反渗透装置，对反渗透膜原反向清洗装置进行了相应改造。通过在反向进水端加装上一个化学清洗管道和阀门，在正向进水端加装上一个三通和两个阀门，使反渗透装置成为正、反向都可以用化学清洗泵进行强制性药物清洗，降低了反渗透膜正、反向运行的压力。改造后反渗透膜组运行压力有了明显的降低，反向运行周期由原来的10天延长到25天，月清洗次数由原来的10次降至3次，从而提高了反渗透膜组的运行效率。

2.4 保安过滤器增加反冲洗功能

原保安过滤器没有反冲洗功能，使用周期短、污堵频繁，因此需要对其进行优化改造。改造措施为：将保过滤器进、出水管道进行联通，并在联通管道上安装阀门；在保安过滤器进水管道上安装排污管及排污阀门。通过上述阀门切换，可实现保安过滤器反冲洗功能。保安过滤器反冲洗装置的投用，减少了滤芯污堵频次，提高了滤芯的使用寿命。图1为保安过滤器反冲洗改造示意图，图中浅色线路为新增反洗管道。

图1 保安过滤器反冲洗改造示意图

2.5 将工频高压泵改为变频泵

为解决工频泵流量固定不可调的问题，将每台工频高压泵配套一台变频控制柜，使高压泵可以在恒压或恒流量情况下运行，减少对反渗透装置的影响，也可以降低能耗。

3 新型导向反渗透装置的应用效果

新型导向反渗透装置和相应改造项目通过一年多的运行，一级反渗透产水指标和产水量达到了设计要求，反渗透膜的抗污染能力提高、使用寿命大幅延长、节电效果显著。表2为反渗透装置改造前后系统指标对比情况。

表2 反渗透装置改造前后系统指标对比情

（1）改造后，一级反渗透产水指标和产水量达到了设计要求，单套设备产水量210m3/h。产水电导率大幅下降，中心泵站工业水水质得到了明显改善，进而带动厂区各循环水系统水质好转，为公司生产提供了更有力的保证。

（2）反渗透高压泵改为变频控制后，使高压泵的性能得以最大发挥。改造前高压泵工频运行电流为340A，改造后电机在34Hz运行，运行电流为200A，节能效果非常显著。初步统计，按年作业300天计，4台380V电压的高压泵年节电量约193.34×104kW.h。电费按0.61元/（kW.h）计，年节省电费约为117.94万元。

（3）间接效益显著。改造完成后，工业废水处理系统各工序出水和工业水水质指标得到明显改善，而厂区循环水系统在工业水指标好转的基础上，循环水浓缩倍数得到较好的控制，系统补水量和排污置换水量明显降低。

4 结语

随着国家产业和环保政策的不断收紧，以及市场竞争的不断加剧，近年来宣钢在节能降耗、降本增效工作上一直在加大力度。钢铁企业在生产过程中产生大量的工业废水，因此提高工业废水回用率，降低新水取水量是宣钢必须要采取的措施。因宣钢原反渗透装置工艺技术落后，关键的产水水质和产水量指标已不能适应当前生产需求，故此次对原反渗透装置及其配套设施的升级改造是必要。

实践证明，新型导向反渗透装置在宣钢深度水处理系统的成功应用，提高了宣钢工业废水的回用率，避免了各种废水因膜污堵、处理能力降低而发生的外排事故。在保证产水水质的前提下，反渗透装置产水量也达到了设计要求。另外由于反渗透产水水质优于直采水，反渗透装置产水量增加也保证了工业水水指标。企业节能、环保、降本效果显著。