反渗透技术在包钢薄板坯新水处理工艺中的工程案例
摘要：ESPAI超低压复合膜应用在包钢薄板坯连铸连轧新水处理站，生产脱盐水和除盐水。经过近一年的生产运行证明，反渗透技术应用于黄河原水是可行的，具有较高的经济效益和社会效益。运行参数的积累为以黄河为水源的水厂应用反渗透技术制备脱盐水的设计和生产提供了宝贵的经验。
关键词：反渗透,ESPAI膜,脱盐水,除盐水
包钢薄板坯连铸连轧厂和二炼钢是包钢(集团) 公司2001年投资新建的生产线。该生产线主体设备采用了德国SMS公司的先进技术，与之配套的工业循环水系统，对水质要求非常高，即满足cl1为5～ 15mg／L，电导率<150 μs／cm的脱盐水水质要求，二炼钢烟气冷却水要求达到中压锅炉的除盐水水质标准。
近年来，由于黄河水源受到污染，采用常规的水处理工艺已不能满足生产工艺对水质的要求，促使薄板坯连铸连轧水处理站采用了美国海得能公司生产的ESPAI型超低压复合膜的反渗透技术。该技术在内蒙古地区首家使用，经一年多的现场调试研究和生产运行，水处理站各项出水指标均满足生产工艺运行要求，生产设备运行良好。该系统的成功运行将为其它以黄河为水源的单位在水处理上采用反渗透装置提供宝贵经验。
1 水处理工艺流程
新水处理站水处理系统分为预处理和反渗透两部分，工艺流程如图1所示。
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预处理的目的是为满足反渗透装置的进水水质要求， 以确保反渗透的出水水质和设备装置的正常运行。
2 反渗透装置的运行结果
2．1 膜对浊度的去除
反渗透装置进水经预处理后浊度一般为0．1～ 0．3NTU。图2表明，经膜过滤后，出水浊度为 0．1NTU。
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2．2 膜透过水量
反渗透装置透水量变化见图3和图4。
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该水厂反渗透采用的是多段式，第一段的浓缩液作为第二段的供给液，使二级反渗透水量远远小于一级反渗透的透水量。随着过滤时间的延长，反渗透膜上的污染物越积越多，膜孔被堵塞，透水量就越来越小。二级反渗透总体上是下降趋势，但一级反渗透因生产中的一些不足，而没有达到过滤后的效果。这就需要随时注意进水SDI值和膜的污染。
此外，压力和温度对膜的透水量也有影响。当提高操作压力时，膜的透水量也就增加。但压力过大就会引起膜的压密化，使膜的常数随时间而变化，透水量逐渐降低。实践证明，压力越高、热处理温度低的膜，透水量越大，其膜的透水量减少率就越高。
2．3 脱盐率
反渗透系统的脱盐率变化见图5。一级反渗透的脱盐率大约在94％~98％，二级反渗透的脱盐率在80％~90％。
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2．4 回收率
回收率越高越好，但是在提高回收率时，防止浓度极化和膜污染。所以，回收率控制在一定的范围内是最好的。反渗透装置运行的回收率效果见图 6。
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2．5 电导率
电导率同样受压力和温度的影响。压力提高，电导率就提高，操作温度与电导率成正比关系。系统运行中电导率结果见图7和图8。
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设计中要求电导率<150 s／cm，从图7和图8 中可见，一级反渗透的电导率<30 s／cm，二级反渗透的电导率<3 5 u s／cm，均在设计范围内，达到设计要求。
3 一级反渗透膜的清洗
3．1 反渗透膜的污染现象及污染物分析
反渗透装置运行数月后，装置的一段压差由初投运行时的0．21MPa上升到0．35，二段压差由初运行的0．2i上升到0．25。系统脱盐率、产水率均有所下降。打开 、二段容器端板，发现有黑褐色物质粘于膜元件表面，并带有 一股鱼腥味。
经综合分析，认为该套反渗透装置已受到微牛物、细菌及藻类物质的污染，也伴有无机盐垢、有机物污堵的现象。
3．2 清洗方法
该次清洗采用酸洗、碱洗及杀菌三个步骤。首先用PH为i．5～2的盐酸溶液对膜进行清洗，以去除水垢一类的物质：再用pH为ii～ii．5的EDTA钠盐和三聚磷酸钠混合溶液进行清洗，以清除生物和有机杂质；最后用pH为ii～ii．5Na0H溶液清洗，以彻底清除膜表面及管路中的活性细菌。
3．3 清洗效果
清洗之后，重新投入运行的?级反渗透装置，各运行参数无明显变化。从压力容器内取出清洗后的膜元件，肉眼可见膜元件表面十分清洁，与新膜相似。但清洗后系统压差并没有下降。分析可能是由于膜表面存在的生物膜，普通的药剂无法将之打破并清洗下来。从而清洗后系统压差不降。
4 控制措施
一次过滤工艺采用了具有活性的瓷砂滤料代替传统石英砂滤料。提高了过滤效能。除浊能力也大大加强。
根据黄河原水水质污染严重，有机物含量高的特点，在二次过滤器采用新型药剂进行强化预处理。利用药剂的组合功能，采用无机高分子混凝剂聚合氯化铝，用高分子絮凝剂做助凝剂，强化接触过滤过程。新型药剂不仅具有以絮凝体吸附水中非溶性大分子有机污染物的物理吸附作用；又能对水中溶解性低分子有机物产生很强的晶体析出、化学吸附和强氧化的多种净化效果。这些新形成的有机盐的溶解度较低，容易从水中以晶体的形式析出。有机高分子助凝剂投加后，起到吸附架桥作用，提高了水中有机物的净化效果。从而使预处理出水满足反渗透系统运行要求，膜的清洗周期达到理想值。
在反渗透膜系统调试及运行期间，为减轻浓差极化现象对膜元件的污堵，采用PTP一2000阻垢剂，确定合理的投药量。为了科学合理地运行，对反渗透膜系统运行进行标准化，绘制出标准化曲线，用以指导生产运行，掌握运行中膜污染的特点，以及污染物组成，以便加强预处理。
由于目前国内所采用的反渗透装置均对温度要求在25~C，而黄河水冬季温度在0~C。新水处理站系统采用蒸汽加热，提高进水温度，从而保证了反渗透装置在低温状态下运行性能。同时还应用高压泵电机变频调速的调节功能提高反渗透膜的进水压力，保证系统产水量和脱盐率。
反渗透装置运行超过7个月后，由于膜受到污染，运行压差增人，产水量降低，进行了反渗透膜化学清洗。根据污染物特点，选择合适的膜清洗药剂，使膜在清洗后达到其应有的产水率和脱盐率。
5 小结
反渗透膜脱盐工艺与离子交换除盐工艺相比，当生产规模达到满负荷时，反渗透膜经济效益非常显著，水处理规模越大，经济效益越高。由于反渗透膜脱盐工艺在生产过程中没有产生酸、碱液问题，所以还有非常显著的环境效益和社会效益。
ESPAI超低压复合膜具有较高的透水量和较低的运行压力，从而有效降低了操作压力，节约了运行成本。
通过工程实践证明，只要预处理工艺设计合理，运行管理得当，ESPAI超低压复合膜既可以应用于地下水为水源的反渗透系统，也可以应用于高浊度地表水为水源的反渗透系统。
反渗透装置停止运行时，每次停机均需用一级反渗透出水对反渗透膜进行冲洗；反渗透装置短期停机时，也应每间隔24h用其产品水对膜进行冲洗，避免反渗透装置内因细菌、藻类生长产生二次污染。系统投加的药剂必须按规定剂量准确投加，且运行过程中不允许断药。
反渗透系统杀菌处理还应加强。有必要定期向反渗透进水投加反渗透膜专用杀菌剂。以防止细菌及微生物对膜的污染。
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