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【摘要】高含鹽水的二次回收利用一直是國內水處理行業的一個難題，隨著膜技術的發展應用，反滲透系統以其諸多優勢，在水處理行業得到廣泛應用。該工程利用抗污染型反滲透膜對高鹽水進行二次脫鹽回收利用，針對運行過程中出現的問題，通過完善工藝流程、改造工藝設備，改進操作步驟等措施，強化消毒殺菌，有效控制工藝流程中微生物的滋生，降低反滲透膜元件的污染，實現該工程的高效穩定運行，推進高含鹽水二次循環利用技術的推廣。
【關鍵詞】反滲透；高含鹽水；污染；技術改造
前言
水是我國經濟、社會發展的戰略性資源，隨著人口的不斷增長和工農業的飛速發展，用水量和排水量在逐年增加，而有限的地表水和地下水資源又被不斷污染，加上水資源地區分布不均，導致水資源日趨緊張。水資源的緊張已經成為制約我國經濟、社會發展的重要因素[1，2]。近年來，隨著國家環保力度的加強以及人們環保意識的提升，污水的循環利用受到人們的重視，特別是在深度處理及回用方面，隨著膜分離技術的快速發展，以反滲透為代表的分離膜水處理技術的應用得到了快速的推廣[3]，反滲透系統以其諸多優勢，在各行各業得以廣泛應用，但相應產生的濃水量也越來越多，濃水處理的問題也日趨顯著，濃水如何處置，成了人們又一思考的課題。
1工程簡介
某鋼鐵公司所處的北方地區水資源匱乏，為了減少工業新水的使用量，加大水資源的循環利用，2010年2月份建成一座脫鹽水規模為1000m3/h中水深度處理脫鹽水站。該系統采用“超濾+反滲透”雙膜法工藝對工業廢水經污水處理廠處理后的中水進行脫鹽凈化，分離成脫鹽水和一級反滲透濃水（即高含鹽水）。脫鹽水用于公司鐵、鋼、熱軋、冷軋等工序用戶，高含鹽水供給下級用戶，用于高爐沖渣、煉鋼悶渣等用戶。而在中水脫鹽工程中，產生高含鹽水約430m3/h，但下級用戶需求量僅僅200~250m3/h，50%的高含鹽水無法再利用，只能采取外排，造成環境污染和水資源的浪費。為了對中水深度處理脫鹽水站所產生的高含鹽廢水全部進行回收利用，實現“零排放”的目標，擬對高含鹽水進行二次脫鹽，進行減量化處理，經過中試研究，通過對大量的試驗數據進行分析，一致認為，采取合理的工藝流程和技術參數，選用高效抗污染反滲透膜完全可以滿足高含鹽水二次脫鹽工業化系統的正常運行。2013年8月開始組織高含鹽水二次脫鹽工程進行施工、安裝、調試，2014年1月份高含鹽水二次脫鹽工程投入運行。該工程工藝主要設施包括預處理系統、二級反滲透系統兩部分。預處理采用4臺纖維球過濾器，目的是有效去除一級濃水中的SS，CODcr及油，有效降低反滲透膜的污染負荷，從而降低反滲透膜的化學清洗頻率，減少運行費用。二級反滲透裝置是本系統中的核心裝置，反滲透系統利用反滲透膜的特性來除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物。該工程設計3套反滲透裝置，單套反滲透進水214m3/h，系統回收率為50%，反滲透膜元件采用LFC3-LD型抗污染膜。
2存在問題
高含鹽水二次脫鹽工程按照設計的工藝參數投入運行后，取得了與中試相一致的良好效果，濃水量大大減少，下降到214m3/h，二級濃水被下級用戶全部回收利用，實現了區域內的“零排放”。同時，反滲透系統運行穩定，化學清洗周期保持在1個月左右。隨著系統長時間的運行，逐漸暴露出許多問題，反滲透系統的進水壓力、段間壓差在不斷的增長，經過化學清洗也無法恢復到初始狀態，運行周期不斷縮短，清洗頻率加大，產水水量不斷下降，回收率降低，導致系統無法正常運行。針對此問題，我們對反滲透系統進行了全面檢查分析，打開反滲透外殼端蓋，抽出每段的始末端膜元件查看，發現進水端膜元件表面附著大量茶色污染物，用手觸摸有一種滑膩的感覺，取少量污染物進行燃燒，有毛發燃燒的味道。靜置一段時間后，烘干水分，對始端膜元件進行稱重檢查，重量20kg（8英寸膜出廠重量約15kg），重量已明顯超重。末端膜元件檢查污染較輕。為了進一步確認茶色污染物的成份，我們取膜片樣品進行FT-IR分析，檢出來自細菌的吸收，確認茶色污染物主要以微生物為主，正是由于這些微生物污染物堵塞進水流道，造成反滲透系統進水壓力和膜元件壓差升高，導致系統產水量下降，回收率降低。為此，針對運行過程中出現的問題，進行了相應的技術改造，改變原設計中的不足，加強系統的消毒殺菌工藝，抑制微生物細菌的滋生，保證該系統的安全穩定運行。
3改進措施
3.1反滲透進水工藝的改進
針對反滲透膜元件的微生物污染，原設計考慮一級反滲透前已有殺菌消毒，沒有在濃水預處理系統進行殺菌消毒處理，現于高含鹽水提升泵出口管增加NaClO加藥點，實現不間斷均勻加藥。由于NaClO是一種氧化性殺菌劑，含有大量氯離子，對反滲透膜元件有氧化作用，因此，根據ORP儀表監測，投加一定的還原劑亞硫酸氫鈉。
3.2纖維球過濾器改造
在運行過程中，發現纖維球過濾器出水水質變差，不能滿足反滲透系統的進水水質要求，停運后，對纖維球過濾器檢查，發現過濾器填料纖維球污染嚴重，纖維球內部夾雜著很多茶色黏狀物，經檢測為微生物污染物，通過反洗無法將其徹底去除，纖維球變成了微生物細菌繁殖的溫床，導致污染更加嚴重。因此，為了防止微生物的二次污染，決定將纖維球過濾器改造為石英砂過濾器。將原纖維球過濾器的布水裝置拆除，更換為新的布水裝置。布水裝置為子母管結構柵管，為防止顆粒偏小或因磨損變細的濾料在反洗時跑料，保證進水及反洗出水均勻，柵管管徑為DN150，共14根，柵管縫隙為0.5mm，材質為不銹鋼(SS316L),布水裝置采用的緊固件材質為不銹鋼(SS316L)。將原纖維球過濾器的濾料更換為石英砂，按7中不同粒徑進行布置。同時，在原纖維球過濾器的濾料襯托層底部增加固定支撐，并做玻璃鋼防腐。
3.3增加保安過濾器在線清洗殺菌系統
原設計保安過濾器根據壓差情況定期更換濾芯，在運行過程中發現，一旦保安過濾器出現壓差后，壓差增長速度非?？欤ㄟ^更換濾芯，發現濾芯上也附著了大量的與膜元件表面相同的污染物。根據此情況，我們增加了保安過濾器在線清洗系統，在原保安過濾器前后各增加一道閥門，保安過濾器進水管上增加一個藥劑投加點，加藥間增加了自動加藥系統。根據運行情況，每運行7天，對保安過濾器進行一次在線清洗殺菌，配制3%的次氯酸鈉，浸泡2h后沖洗至出水無余氯。通過增加保安過濾器在線清洗殺菌系統，改善了保安過濾器出水水質，延長了保安過濾器濾芯使用壽命。
3.4化學清洗藥劑的校核
化學清洗是反滲透系統運行中不可或缺的一道工序，根據污染物類型和反滲透膜元件選擇合適的化學清洗藥劑，以避免膜元件的損壞。根據膜片樣品分析，已確定膜元件污染為微生物污染，因此，針對微生物污染，我們在實驗室進行了膜片樣品清洗試驗。膜片清洗前的脫鹽率和產水量均發生下降，通過清洗，產水量已明顯恢復，但脫鹽率恢復不明顯。根據清洗試驗結果，我們進一步確定了化學清洗采用檸檬酸和氫氧化鈉對系統進行清洗恢復。
3.5改進反滲透化學清洗裝置及步驟
該工程反滲透設計為一級兩段，原化學清洗裝置不能對反滲透裝置的一、二段膜元件進行獨立清洗，清洗效果低。通過改造，將反滲透化學清洗裝置進液管、回流管改為一段、二段獨立進液和回流，使反滲透裝置實現一段、二段膜元件獨立清洗，提高了反滲透系統的化學清洗效果。同時，由于化學清洗配制藥液水源水溫冬季低、夏季高，反滲透化學清洗對溫度又有著嚴格的要求，現有清洗裝置只有加熱裝置，沒有冷卻裝置，不能靈活控制溫度，導致夏季化學清洗不能連續運行，針對此問題，在原反滲透化學清洗裝置清洗水泵出口加裝一冷卻裝置，能夠快速降低清洗藥液溫度，保證化學清洗連續運行。
4結論
通過上述改造，高含鹽水二次脫鹽系統微生物污染得到了有效抑制，石英砂過濾器出水水質穩定，避免了水質的二次污染，保安過濾器通過在線清洗殺菌，有效降低了微生物污染，濾芯使用壽命大大延長，反滲透系統運行穩定。該工程的二次技術改造，及時解決完善了高含鹽水脫鹽技術在應用過程中出現的問題，使該系統能夠高效穩定運行，促進了高含鹽水脫鹽技術的推廣。同時，該工程的穩定運行對合理利用水資源，保護水環境可持續發展和創建節水型企業都有重大意義，實現了社會環境效益和經濟效益的統一。
[參考文獻]
[1]肖錦.城市污水處理及回用技術[M].北京：化學工業出版社，2002.
[2]聶梅生.中國給水排水，2001，17（10）：20.
[3]靖大為,席燕林.反滲透系統優化設計與運行[M].北京：化學工業出版社，2016.
作者:段小冰 毛松林 許國峰 單位:北京首鋼股份有限公司