王志鹏

[摘 要]就钢铁企业回用中水作为深度水处理原水所遇到的反渗透膜严重污堵展开分析与研究，首先分析原因，而后制定清洗方案并在实践中不断优化，最后就整个过程总结经验。

[关键词]钢铁废水；膜污染；化学清洗；

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0111-02

随着改进后高水通量、高除盐率、抗污染复合聚酰胺膜的制造技术的发展，反渗透技术已经广泛的应用于不同的工业领域。现在已经从最初的海水淡化、苦咸水脫盐以及纯水制备向工业废水处理、回用的等更大的环保领域不断的发展。钢铁废水是工业废水的排放大户，具有排水大、浊度高、污染物成分复杂、水质变化大等特点，开发经济有效的钢铁废水处理及综合回用技术成为当今关注的技术热点问题。

1 昆钢深度处理工艺简介

武钢集团昆钢股份安宁公司新区分公司投产于2012年7月，设计年产量为185万吨钢，采用膜集成技术以工业废水作为原水进行深度处理，产生脱盐水供炼钢、炼铁、发电等用户使用，其主要工艺为生产废水经过混凝、絮凝、沉淀、过滤后作为膜处理的原水，主要经过的水处理构筑物为高密度沉淀池→V型滤池→浅层砂过滤器→超滤装置→一级反渗透→二级反渗透→CEDI装置，反渗透膜材质为聚酰胺复合材料，型号为海德能PROC20。

2 深度水处理系统存在的问题

昆钢新区脱盐水装置核心工艺为超滤+反渗透的膜系统，在膜过滤的过程中，由于水中存在的胶体、有机物、微生物、无机物与膜存在机械的或是物理化学的相互作用，导致污染物在膜表面或是膜孔内吸附、沉积，造成膜通量的下降，使膜形成污堵，膜系统污堵一旦形成将从产水率和脱盐率两个方面严重影响装置的生产运行，2015年1月份新区污水处理站深度水处理出现的膜系统污堵问题，其经过如下：

（1）2012年7月深度水处理反渗透膜进水以来，4套一级反渗透装置各项主要指标一直维持在正常水平，进口压力为0.55-0.65Mpa，一段段间压差为0.15-0.25Mpa，二段段间压差为0.12-0.22Mpa，产水率为80-85%，每3天进行一次维护性的非氧化性杀菌灭藻剂冲洗，每三月进行一次酸性化学清洗，反渗透进水的SDI维持在1-2之间。

（2）2015年1月一级反渗透1#-4#装置均出现了进口压力、一段段间压差在一月的时间内相较于正常值快速上升了30%的情况，脱盐率有轻微的下降。

（3）2015年2月鉴于污堵表现较严重，将维护性冲洗的频率加强到每日1次，并安排对4台装置进行了化学清洗（2.0%柠檬酸和将PH值调于2.5的HCL），清洗后各项指标无明显下降，同时检测到超滤出水SDI已经上升到3.5-4.5。

（4）2015年3月2日反渗透各项的运行指标快速上升到超过正常值50%左右，不得不通过降低产水率到60%—65%，达到降低运行压力的目的，但是产水率的大幅降低严重影响到了生产安全。

（5）2015年3月3日技术人员针对异常情况展开细致的分析。

3 分析及解决反渗透膜污堵问题

首先针对反渗透膜进水SDI超标（SDI≥3）的问题，对超滤膜本身的膜损伤的情况进行检测。其次查找反渗透的污堵原因，通过检测和分析研究，确定造成反渗透膜污堵得的原因，并且根据分析确定的主要污染物，制定切实可行的清洗方案，并在实践中不断优化清洗方案。

3.1 对超滤装置进行压力衰减试验

做试验前，超滤设备设备在停机的状态，关闭超滤进水、出水的电动阀、手动阀，试验步骤为：

（1）打开产水侧、排水侧的排放阀排水，直至水排尽为止。

（2）在进水侧排放阀开启的状态下，打开进水侧的压缩空气进气阀，调节减压阀出口压力为0.09-0.1MPa。

（3）通过进水压力表可以观察到压力会缓慢的上升，进气10-30分钟，进水侧的压力表上升至0.09-0.1MPa，压力上升过程中为防止憋压，产水侧的排放阀应始终处于开启状态。

（4）当进水端压力缓慢的升高到0.1Mpa，保持此压力2-5min，关闭进气的阀门，检查压力的下降情况，超过1min的时间内，最大压力下降不能超过0.005MPa。

经过检测4台超滤的装置超滤压力的下降值为1#0.008、2#0.010、3#0.009、4#0.012，压力下降值均超过标准值0.005MPa。说明可能存在连接件断裂、O型圈漏水或者断丝情况，之后联系膜厂家的技术人员对每套膜堆的每支膜进行拆检，发现有部分膜O型圈有老化变形、膜丝断裂等情况，由此分析得知反渗透污堵的主要原因是超滤装置出水不合格所造成的，之后厂家的维修人员到达设备现场对膜丝进行了修复，对全部的O型圈密封进行了更换。

3.2 对一级反渗透装置进行清洗

然后进行的反渗透膜的恢复性清洗工作，首先联系了厂家的技术人员对膜堆内一段的反渗透拆出密封后单支反渗透膜返厂进行专业检测，经检测发现75%膜污染物为有机物，而后根据技术手册制定相应的针对有机物的清洗方案，

1号清洗溶液：2.0%三聚磷酸钠和0.25%十二烷基苯磺酸钠混合的PH为10的溶液。该清洗液用于去除有机物的污染，三聚磷酸钠具有无机螯合和洗涤剂的功用，十二烷基苯磺酸钠为阴离子洗涤剂。

2号清洗溶液：0.1%氢氧化钠和0.03%的十二烷基磺酸钠高PH混合液（P值为11.5），用于去除天然有机污染物、无机/有机胶体混合污染物和微生物（菌素、藻类、霉菌、真菌）污染，十二烷基磺酸钠是会产生一些泡沫的阴离子表面活性的洗涤剂。

但两种不同的清洗的溶液的反渗透膜的清洗效果并不理想，清洗效果见表1：

运用1#清洗液清洗的1#装置进口总管压力相较于清洗前同比下降了15.75%，一段跨膜压差下降了27.16%，二段段间压差为14.28%

运用2#清洗液清洗的1#装置进口总管压力相较于清洗前同比下降了6.11%，一段跨膜压差下降了5.81%，二段段间压差为4.21%

1#清洗液取得了相对较好的清洗效果，但离反渗透装置正常工况还有较大的优化空间，通过观察分析发现了以下2个影响清洗效果的重要问题：

（1）进入冬季，环境温度较低只有约10℃，电加热棒热效率太低加热12h后温度才达到15℃，距离技术守则推荐的25-30℃还有很大的差距。

（2）清洗完成后排空清洗箱，发现有部分的固体药剂沉积于底部，并未完全溶解，清洗箱内未设有搅拌机，固体药剂与水混合的唯一方式为通过清洗泵内循环的方式，无法完全混合。

针对以上问题，技术人员展开了技术公关，采取了一系列的措施解决清洗系统存在的问题，采取的主要措施如下：

（1）对清洗液的加热系统进行改造，接入厂区蒸汽管进行加热，大幅提高清洗液的加热效率，使得只需2h时间可将清洗液温度由10℃提升至30℃，并在清洗过程中将清洗液温度恒定控制在30℃，清洗液温度的提升一方面有利于固体溶剂的溶解，另一方面增加分子活性，使得污物更易去除。

（2）在和厂家技术人员商讨的前提下，考虑到有机物的污染较为严重，将三聚磷酸钠的浓度由2.0%提升至2.5%。

（3）在清洗液进入膜堆前的管路中接入压缩空气，一方面通过气流的扰动使得溶剂和溶液更加充分的混合，另一方面产生泡沫有助于增强药剂的清洗效果。

新的改進措施实施后，分别对3#、4#一级反渗透装置进行清洗，清洗效果见表2：

清洗效果达到良好，达到相关的要求，各项指标都在正常的区间，之后对1#、2#一级反渗透装置进行清洗后也达到预期效果。

4 总结

总结本次深度水处理故障分析处理的过程，得到以下几点经验：

（1）在日常运行过程中，应增加超滤出水SDI的检测频率，由原来的1周/次变为1天/次，当发现装置SDI≥3时，及时对SDI超标的装置进行保压检测，确认超滤装置处于正常的工况，避免因断丝、密封圈老化破损等原因造成的超滤装置出水不合格而导致反渗透装置出现污染堵塞的现象。

（2）清洗液温度对于反渗透膜的清洗效果有很大的影响，最佳的清洗温度为25℃-30℃，对于重工业企业而言，建议采用热效率较高的蒸汽加热的方法，而不是低效率的电加热方式。

（3）在清洗泵出口至反渗透膜堆之前的清洗管路通入少量的压缩空气，在清洗箱未设置搅拌机的情况下，一方面有利于解决药剂溶解不充分的问题，达到除清洗泵以外二次搅拌的目的。另一方面压缩空气的通入，可以增加清洗溶液的起泡数量，对清洗的效果有一定的增强的作用。

（4）经过试验，面对重有机物污染，清洗液中适度的增加（≤0.5%）三聚磷酸钠药剂量可以有效增加清洗效果。

参考文献

[1] 何铁林.水处理化学品手册[M].北京：化学工业出版社，2000.

[2] 张葆宗.反渗透水处理应用技术[M].北京：中国电力大学出版社，2004.

[3] 任建新.膜技术应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[4] 项成林.工业水处理技术问答[M].北京：化学工业出版社，2008.