反滲透濃鹽水零排放與改進(jìn)設(shè)計

郭伯嬌

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

前言

反滲透膜工藝作為一種高效、清潔的脫鹽技術(shù)在污水處理及中水回用中得到廣泛應(yīng)用。利用反滲透膜特性將處理水分離成除鹽水和濃鹽水，其中濃鹽水約占總進(jìn)水量10%～40%，濃鹽水中的鹽分和CODcr 等污染物被濃縮3～4 倍，硬度、堿度、有機物等濃度相對大幅度地提升。濃縮后CODcr 一般為120～400 mg∕L，電導(dǎo)率一般為2 000～10 000 μS∕cm。該類廢水成分復(fù)雜，若不加以處理或利用，使其直接外排，會對人們的生產(chǎn)、生活帶來重大影響。

濃鹽水的水量大小取決于反滲透系統(tǒng)的回收率?；厥章试酱螅瑵恹}水量越??；回收率越小，濃鹽水量越大。對濃鹽水的處理方式一般是對反滲透濃鹽水進(jìn)行再處理，以蒸發(fā)、濃縮等方式進(jìn)一步去除污染物、降低含鹽量，提高除鹽水的回收率和循環(huán)利用率，減少濃鹽水的產(chǎn)生量、排放量或使其間接排放，對其綜合利用［1］。

1 工程概況

北京首鋼股份有限公司目前建有2所污水處理站和3所除鹽站。其中污水處理站主要職責(zé)是收集公司球團(tuán)、燒結(jié)、煉鋼、煉鐵、軋鋼等各生產(chǎn)工序產(chǎn)出并排放的生產(chǎn)污水和生產(chǎn)廢水，廠區(qū)各處生活場所設(shè)施、單元收集排放的生活污水以及雨排水等，采用粗細(xì)格柵、調(diào)節(jié)池、化學(xué)混凝沉淀、砂濾、水解酸化、活性污泥法等一級、二級處理方法，進(jìn)行污水處理，回收得到的回用水應(yīng)符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）。

為進(jìn)一步處理、凈化和充分利用回用水，降低公司工業(yè)新水消耗量和新水成本，污水處理站產(chǎn)出的回用水繼續(xù)供應(yīng)到除鹽站進(jìn)行中水深度處理，最終產(chǎn)出除鹽水和濃鹽水兩部分水。其中的除鹽水進(jìn)入到除鹽水池，直接由除鹽水泵供給公司除鹽水管網(wǎng)或補充到工業(yè)水供水管網(wǎng)中，而剩余的濃鹽水則收集到濃鹽水池，這部分水量約占回用水總處理量的30%。鑒于濃鹽水的復(fù)雜性和危害性，如何有效處理并加以利用是廢水處理流程當(dāng)中必須要解決的一個重要問題。

首鋼股份有限公司某除鹽水站設(shè)計回用水日處理量28 000 m3，除鹽水產(chǎn)量最高可達(dá)1 000 m3∕h。該站充分發(fā)揮中水除鹽工藝優(yōu)勢和反滲透膜裝置特點，采用兩級反滲透處理工藝，將濃鹽水量濃縮至最小，再對其加以合理利用，實現(xiàn)了濃鹽水的零污染、零排放，達(dá)到鋼鐵企業(yè)廢水處理先進(jìn)水平。

2 兩級反滲透處理工藝

該站以污水處理站供出的回用水為原水，采用“多介質(zhì)過濾器+超濾+反滲透”主工藝流程。采用兩級反滲透處理工藝，設(shè)有一級反滲透和二級反滲透兩級生產(chǎn)系統(tǒng)。兩級反滲透分別采用圖1 和圖2所示工藝流程。

圖1 一級反滲透工藝流程

圖2 二級反滲透工藝流程

2.1 一級反滲透生產(chǎn)工藝

一級反滲透膜系統(tǒng)以回用水為原水。從污水處理站輸送過來的回用水，平均處理進(jìn)水量達(dá)1 200 m3∕h，生產(chǎn)除鹽水量最高可達(dá)1 000 m3∕h?；赜盟ㄟ^DN500 的回用水管和電磁調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入多介質(zhì)過濾器，多介質(zhì)過濾器系統(tǒng)設(shè)有8臺過濾器，單臺過濾器處理水量210 m3∕h，過濾器產(chǎn)水進(jìn)入超濾供水池，通過超濾供水泵進(jìn)入超濾系統(tǒng)。

超濾系統(tǒng)設(shè)有6 套超濾裝置，每套超濾裝置處理水量280 m3∕h。根據(jù)超濾產(chǎn)水池液位高低來控制超濾裝置。經(jīng)過超濾系統(tǒng)過濾，超濾產(chǎn)水進(jìn)入反滲透供水池。通過反滲透供水泵，超濾產(chǎn)水接著進(jìn)入保安過濾器，保安過濾器與反滲透膜裝置一對一設(shè)置，其過濾孔徑為5 μm，主要起去除水中微小顆粒污染物、保護(hù)反滲透膜、減少污染堵塞的作用。

在進(jìn)入保安過濾器之前，投加阻垢劑和鹽酸。阻垢劑用來防止水中鈣、鎂等鹽分離子析出，避免析出物在反滲透膜表面附著，形成結(jié)垢堵塞膜孔［2］。投加鹽酸是為了調(diào)節(jié)水的pH，中和水中堿性物質(zhì)，使系統(tǒng)處在穩(wěn)定安全的水質(zhì)條件下。在保安過濾器后投加還原劑，主要是為了還原水中殘余的氯和其他氧化性物質(zhì)，也可以促進(jìn)反滲透膜系統(tǒng)中氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，使污染物的存在形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谶^濾去除的形態(tài)。經(jīng)保安過濾器后，由反滲透高壓泵將水再打入到反滲透膜系統(tǒng)中。

反滲透膜系統(tǒng)設(shè)有5 套反滲透裝置，單套反滲透裝置處理水量為307 m3∕h，其中反滲透膜產(chǎn)水量設(shè)置為200 m3∕h，濃水量為107 m3∕h，日常使用狀態(tài)為4 用1 備。生產(chǎn)過程中，可以通過調(diào)節(jié)濃水閥開度來調(diào)整濃水量大小，調(diào)控單套反滲透膜裝置的回收率。需要注意的是，回收率并非越大越好，系統(tǒng)回收率過大，不僅會影響反滲透膜的脫鹽率，還容易造成膜的負(fù)荷過重，加快膜的污染、衰變和老化，給后續(xù)清洗、維護(hù)帶來風(fēng)險和隱患［3］。

中水通過一級反滲透系統(tǒng)產(chǎn)出除鹽水和濃鹽水，到此環(huán)節(jié)，即完成了第一級除鹽水和濃鹽水的膜分離工作。此時的除鹽水被稱為一級除鹽水，進(jìn)入一級除鹽水池中，直接供給到公司除鹽水管網(wǎng)或補充到工業(yè)水管網(wǎng)中。而一級濃鹽水接下來進(jìn)入一級濃鹽水池，作為二級反滲透系統(tǒng)的原水，繼續(xù)進(jìn)行濃縮和處理。

2.2 二級反滲透生產(chǎn)工藝

穩(wěn)定生產(chǎn)條件下，一級濃鹽水產(chǎn)量約428 m3∕h，經(jīng)一級濃鹽水池，進(jìn)入纖維球過濾器進(jìn)行粗過濾，再進(jìn)入保安過濾器進(jìn)行細(xì)過濾，在保安過濾器前、后，投加的藥劑種類與一級反滲透處理工藝相同。投加藥劑所起的作用和原理也是相同的，不同的是投加量的大小和濃度配比，需要根據(jù)系統(tǒng)處理水量的大小和進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)的變化來確定和調(diào)整。

一級濃鹽水經(jīng)保安過濾器后，由反滲透高壓泵進(jìn)入二級反滲透膜系統(tǒng)中，完成第二級除鹽水與濃鹽水的膜分離。二級反滲透膜系統(tǒng)設(shè)有3套反滲透裝置，2 用1 備。單套二級反滲透膜進(jìn)水量設(shè)置為200 m3∕h，產(chǎn)水量、濃水量設(shè)定均為100 m3∕h。此系統(tǒng)產(chǎn)出的除鹽水被稱為二級除鹽水，進(jìn)入二級除鹽水池中，由二級除鹽水外送泵補充到煉鋼冷卻吸水井和熱軋層流吸水井中，或補充到廠區(qū)工業(yè)水池中。二級濃鹽水最終進(jìn)入站內(nèi)高含鹽水池，通過高含鹽水泵輸送到高含鹽水管網(wǎng)，供給煉鐵工序中的高爐沖渣、燜渣使用。兩級反滲透產(chǎn)水走向示意圖見圖3。

圖3 兩級反滲透產(chǎn)水走向示意圖

3 濃鹽水現(xiàn)狀及供給分析

在一級反滲透系統(tǒng)中，進(jìn)入反滲透膜之前的處理，都視為反滲透的預(yù)處理。在預(yù)處理過程中，多介質(zhì)過濾器和超濾裝置均需要進(jìn)行氣洗、沖洗、反沖洗等系列清洗維護(hù)操作，需要周期性消耗一部分中水。在具體的生產(chǎn)操作過程中，蓄養(yǎng)各生產(chǎn)系統(tǒng)水池液位工作是非常重要的，應(yīng)調(diào)控和平衡各系統(tǒng)進(jìn)出水，使各系統(tǒng)水池處于平穩(wěn)、充足的液位狀態(tài)。

在回用水供水量穩(wěn)定在1 200 m3∕h 時，基本可以滿足一級反滲透系統(tǒng)至少運行4套反滲透膜裝置的條件。此時一級反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水量約800 m3∕h，一級濃水量為428 m3∕h，回收率設(shè)置為65%，濃水率為35%。

進(jìn)入二級反滲透系統(tǒng)的一級濃鹽水量約為428 m3∕h，二級反滲透裝置2 用1 備，產(chǎn)出二級除鹽水量約為200 m3∕h，余下水量即為經(jīng)過一級、二級反滲透系統(tǒng)濃縮后的高含鹽水，其含鹽量大，污染物濃度高，很難再降解、再處理，是真正意義上的濃鹽水。將二級濃鹽水匯集到400 m3高含鹽水池中，通過變頻水泵，將高含鹽水供給廠區(qū)的高含鹽水管網(wǎng)，主要用于煉鐵工藝中的高爐沖渣。煉鐵高爐沖渣用水具有連續(xù)性，高含鹽管網(wǎng)的供給不能中斷，因此高含鹽水泵必須持續(xù)運轉(zhuǎn)，水池液位必須保持中高液位，保障不間斷供水到高含鹽水管網(wǎng)。

經(jīng)過一段時間觀察，在一般情況下，高含鹽水管網(wǎng)外供水量180～200 m3∕h，二級濃鹽水基本能夠滿足高含鹽水管網(wǎng)用水所需。但在高爐沖渣的用水高峰時期，高含鹽水用量可高達(dá)500～600 m3∕h。僅228 m3∕h二級濃鹽水遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高含鹽水管網(wǎng)用水需求?；谡麄€除鹽系統(tǒng)的用水平衡關(guān)系、生產(chǎn)系統(tǒng)、現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施等綜合情況，對高含鹽水管網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，采用串級補水方法，增加多路補水路徑，拓展補水渠道，保障高含鹽水池的水源充足、水池液位安全和高含鹽水管網(wǎng)的持續(xù)穩(wěn)定供給［4］。

4 高含鹽水管網(wǎng)的改進(jìn)設(shè)計

4.1 補充一級濃鹽水進(jìn)入高含鹽水池

在現(xiàn)場一級濃鹽水去往一級濃鹽水池的總管上接一根DN200 支管，連接到高含鹽水池。裝設(shè)一個電磁調(diào)節(jié)閥在集中控制室，根據(jù)高含鹽水池的液位高低，調(diào)節(jié)一級濃鹽水補充高含鹽水池的水量大小。一級濃鹽水最大濃水量為535 m3∕h，在一級濃水池處于高液位，且不影響二級反滲透系統(tǒng)生產(chǎn)的前提下，可以適量補充一級濃鹽水到高含鹽水池。

4.2 補充回用水進(jìn)高含鹽水池

在一級反滲透工藝中，回用水的供應(yīng)是整個生產(chǎn)工藝的重要基礎(chǔ)和水源保障。只有污水處理站穩(wěn)定供應(yīng)回用水，才能保證后續(xù)中水除鹽工藝的平穩(wěn)生產(chǎn)。在除鹽水外供需求量小或除鹽水池處于高液位時，回用水量也會有節(jié)余，可以將這部分水補充到高含鹽水池中。具體做法是在回用水總管接出一根支管，并裝設(shè)一個手動蝶閥和一個電動補水閥，通過自動化控制程序，實現(xiàn)上位機操控，根據(jù)高含鹽水外供量大小，控制閥門完成補水。

4.3 連接其他站濃鹽水管，完善供給管網(wǎng)

廠區(qū)設(shè)有3所除鹽站，各站工藝、設(shè)備設(shè)施均相同，各站原水中污染源的濃度、成分、含量等相同，各站濃鹽水的濃度、電導(dǎo)率等水質(zhì)指標(biāo)也大致相同，各站所收集到的高含鹽水經(jīng)過專業(yè)質(zhì)檢也得出水質(zhì)相差不大的結(jié)論，并且高含鹽水的使用本身對水質(zhì)要求并不高。將其他除鹽站高含鹽水供出管路與本站高含鹽水進(jìn)水管路相連，通過重力自流或啟泵的方式，補充濃鹽水進(jìn)入高含鹽水池，補水量可達(dá)100～200 m3∕h。該方法不僅有效緩解了高含鹽水的供水壓力，還將整個公司的濃鹽水納入高含鹽水管網(wǎng)中，便于統(tǒng)一管理與使用。高含鹽水池補水示意圖見圖4。

圖4 高含鹽水池補水示意圖

經(jīng)過一系列技術(shù)改進(jìn)后，高含水外供量大時，通過以上3種渠道進(jìn)行簡單操作，實現(xiàn)了快速補水，保證了高含鹽水管網(wǎng)穩(wěn)定運行。補水的前提是由水質(zhì)要求高的水系統(tǒng)向水質(zhì)要求低的水系統(tǒng)串級流動，雖然這3 種方法可以快速有效緩解高含鹽水量供應(yīng)不足的情況，但也要充分考慮到整個除鹽工藝流程的水量平衡關(guān)系。補充高含鹽水池的同時，不能因分流回用水和一級濃鹽水而影響一級反滲透、二級反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水量。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)通過合理調(diào)配、統(tǒng)籌各系統(tǒng)水量，達(dá)到各系統(tǒng)水量平衡。

5 結(jié)論

回用水、一級除鹽水、一級濃鹽水、二級除鹽水、二級濃鹽水都屬于中水。在鋼鐵企業(yè)中，合理并充分地利用中水，可以有效節(jié)約水資源。從環(huán)保角度看，廢水的再生和循環(huán)利用，有助于改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)生態(tài)的良性循環(huán)。對高含鹽水管網(wǎng)的改進(jìn)設(shè)計，使公司充分利用廢水資源，走上了高含鹽水零排放的路線，實現(xiàn)了節(jié)約成本和保護(hù)環(huán)境的雙贏。