钢铁废水中含有氧化铁屑、油、苯、酚等有机物,将其处理后实现重复使用,可大大节约水资源,降低企业成本和污染。但传统的钢铁废水处理一直是采用“混凝—澄清—过滤—冷却”工艺,不进行除盐处理,易造成设备腐蚀、结垢。本文举例双膜法在某钢厂废水处理厂外排水回收利用工程300 m3 / h 脱盐水系统中的应用情况。

1、工艺流程

本项目的原水为钢厂废水处理厂处理后的外排水,工艺流程为:原水箱(原有) →叠片式过滤器→UF →UF 产水箱(原有) →保安过滤器→一级RO 装置→RO 产水箱(原有) →厂区循环水管网。浓水反渗透系统工艺流程为:一级RO 浓水→RO 浓水箱→浓水RO 装置→RO 水箱(原有) →用水点。

本项目采用UF —RO 双膜法,系统工艺简单,运行安全可靠;降低工程造价;系统能源消耗及药剂消耗低,减少运行成本,提高了脱盐水的回收率,减少浓盐水的排放量。

2. 1预处理系统

本项目优化了原有试验工艺,在超滤系统进水管路增加了微絮凝反应和粉末活性炭吸附两个工艺过程。对于废水作为深度处理的原水来说,微絮凝过滤能使混凝剂与原水通过管道混合器快速混合在水中形成细小的微絮体(1～50μm) ,进入超滤系统前,进行絮凝和过滤,为了避免进入超滤系统前就已形成较大的絮体而造成滤膜的堵塞,在超滤装置前设置过滤精度为100 μm 的叠片式过滤器作为超滤装置的保安过滤器。粉末活性炭能吸附处理水中的油及有机物,保障超滤设备更加安全,提高超滤设备的出水水质。粉末活性炭根据调试中实际的排放污水含油量及有机物含量决定其加入量。加入的活性炭由叠片式自清洗过滤器清洗去除。

2. 2 UF 系统

UF 系统(见图1) 共3 套,并联或单独运行。主要技术参数为: 每套产水水量138. 9 m3 / h (20 ℃时) ;出水污染指数( SDI) < 3 ; 胶体硅去除率≥98 %;水的回收率≥90 %;操作温度≤40 ℃;最大进水压力0. 5 MPa ;膜元件采用多孔内压式超滤膜,单支膜面积为50 m2 ,膜通量为60～120 L/ (h •m2 ) ,立式安装。

在超滤膜运行方式和安装方式上,针对废水回收的进水水质,为了使膜不易堵塞和更便于清洗,运行方式由原来的死端过滤改为微错流过滤。微错流过滤更适合浊度或SS 含量较高的进水,水流沿膜壁方向冲刷累积的杂质(滤饼) ,滤饼增加受到控制,水的渗透流量可以保持稳定。安装方式由原来的横式安装改为立式安装,这样更加有利于膜的清洗和维护。

在超滤膜的反洗方式上,反洗强度大、反洗彻底。反洗水量视不同的工艺可控制在总水量的1 %～7 %,每次反洗15 s 左右。同时根据膜污染的情况,采用在冲洗水中投加一定浓度的清洗药剂进行加强反洗。根据系统实际运行情况确定超滤膜是否进行化学清洗,清洗周期视原水水质而定,一般大于45 d。化学清洗采用NaClO/ NaOH 和HCl ,清洗时间一般为2～4 h ,清洗后清洗液回收到清洗箱中,备下次使用。膜组件用清水冲洗后,即可继续投入运行。

2. 3 RO 系统

RO 系统的主要作用是把经预处理的水进行膜分离脱盐。主要包括下列单元设备: 5 μm 保安过滤器、高压泵、RO 装置、RO 清洗和冲洗系统,本系统按处理规模为3 ×100 m3 / h 设计,并配置相关的附属设备。RO 装置是本系统中最主要的脱盐装置,利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物。由于RO 系统采用废水处理厂的回用水,虽经过前级预处理,但因水质较差,故采用美国陶氏化学公司BW300-365FR 的抗污染RO 膜组件。

       经过预处理后合格的原水进入置于压力容器内的膜组件,水分子和极少量的小分子有机物通过膜层,经收集管道集中后,通往产水管再注入RO 水箱。反之不能通过的就经由另一组收集管道集中后通往浓水排放管,排入后续系统。系统的进水、产水和浓水管道上都装有一系列的控制阀门、监控仪表及程控操作系统,它们将保证设备能长期保质、保量的系统化运行。经过RO 膜专用计算软件计算,当设计RO 装置的回收率为80 %时, 每套配置132 根BW30-365FR 膜,每根膜组件有效膜面积为34 m2 ,分别安装在22 根FRP 压力容器内,成14 ×8 排列,共3套。

3、系统运行状况

3. 1UF 系统运行状况

预处理系统为叠片过滤器和UF。本项目UF选用的是世界最新一代超滤膜———多孔膜。与传统的单孔膜相比,多孔纤维膜不但提供精密的过滤效果,而且具有比单孔膜更高的机械强度,成本较低。纤维超滤膜所分离的组分直径在0. 02～0. 03 μm ,对于颗粒、胶体、蛋白质、微生物和大多数病菌等具有极高的去除率,出水SDI < 3 ,因此超滤产品在处理地表水、海水,以及经生化处理过的废水时,都能提供稳定的出水水质,目前已被用于半导体工业超纯水的终端处理,RO 的预处理等领域。

3. 1. 1浊度的去除效果

叠片过滤器出水浊度最高为50N TU ,最低为2. 6 N TU ,出水浊度受原水浊度的变化影响较大,去除率在46. 96 %～94. 51 %。超滤出水浊度最高为0. 2 N TU , 最低为0. 01 N TU 。去除率在99. 92 %。超滤的降浊作用非常明显,在叠片过滤器出水浊度较高、变化较大的情况下,出水浊度也非常稳定,能满足RO 进水浊度< 1 N TU 的要求。

3. 1. 2 SDI 的变化

SDI 是污染指数的简称,在RO 系统中,SDI 是用来衡量反渗透进水的一个重要指标。RO 系统进水要求SDI15 < 5 ,推荐值SDI15 < 4 。RO 进水SDI15越小说明进水对RO 膜的污染程度越小。。通过对系统连续监测发现,UF 出水SDI15最大2. 6 ,最小0. 5 ,优于SDI15 < 4 的反渗透进水推荐值,说明UF对SDI15的过滤效果非常好。UF 进水(即叠片过滤器出水) SDI15 > 6. 67(SDI 极限值) , 无法测量。这表明,如果不使用超滤进行更深度的处理,叠片过滤器的产水是不能满足反渗透的进水要求的。因此,在此水质条件下UF 是必需的处理工序。

3. 2 RO 系统的除盐效果

原水、一级和浓水反渗透产水的电导率如图5所示。RO 系统包括一级RO 及浓水反渗透。一级RO 在本工程中作为主脱盐装置,脱除水中绝大部分的溶解盐类、颗粒、硬度和活性硅。浓水反渗透利用一级RO 浓水作为进水进行再次脱盐,以达到提高水的回收率。脱盐处理后的水再返回厂区回用水管道,在废水处理厂排水全部回收的同时,降低厂区循环水系统含盐量。

4、存在的问题

对本工程运行的实际情况进行调查,发现在系统设计和操作管理中,对废水中的细菌防治措施不力。开始投入运行两个月左右,就产生严重的细菌污染,造成UF 及RO 污堵,后经停产消毒之后恢复正常运行。之后为预防细菌污堵,增加了杀菌药剂的投加量,而过量的杀菌剂造成了对UF 膜的氧化,部分膜丝断裂,影响UF 的出水水质。因此,对细菌正确的防治,在废水回收系统中应特别重视,这样才能保证系统长期、安全运行。

5、结论

(1) 采用双膜法(UF —RO) ,系统工艺简单、运行安全可靠,工程造价低;系统能源消耗及药剂消耗低,减少运行成本;提高了脱盐水的回收率,减少浓盐水的排放量。

(2) 双膜法工艺对原水水质变化的适应性较强,经超滤处理后,产水浊度< 1 N TU ,出水水质稳定,可大大降低反渗透膜的受污染程度。在废水回收系统中,超滤作为反渗透的预处理比较合理。