工業膜處理系統清洗組合劑的開發與應用

唐勝衛 劉高峰

(馬鋼集團(控股)公司能源環保部)

超濾膜及反滲透膜水處理技術在馬鋼集團高端板材生產系統的應用有力地保障了馬鋼高檔板材及電工鋼生產的順行，也為降低企業噸鋼耗新水指標起到了良好的支撐作用。

與其他鋼鐵企業一樣，馬鋼的膜處理系統也主要依靠進口，其中的膜單元組件是系統的關鍵部分。在日常的運行中，自來水中存在的極微量的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、、、等一般不會造成無機物結垢，但是在膜處理系統中，由于源水一般濃縮4倍，并且pH值明顯升高，因此，難溶物就會在膜表面沉積形成硬垢，此外膜處理系統會出現無機物結垢、膠體顆粒物沉積、微生物滋生和化學污染等現象，導致膜處理系統壓力升高、產水量下降，嚴重時還會造成膜表面的損傷，使系統脫鹽率降低，最終導致膜處理系統非正常運行甚至生產線停止工作，給企業帶來經濟損失。因此，必須定期對膜組件進行清洗以恢復其處理能力，該操作過程稱之為膜處理系統的就地清洗。而維持膜處理系統安全運行的膜處理藥劑長期由設備廠家配套提供，這些藥劑不僅價格昂貴(馬鋼目前每年需消耗超千萬元的膜清洗藥劑)，而且由于設備廠家配套的藥劑對膜污染的適應能力的局限，對現場的正常生產造成了一定的影響。因此，開發適合馬鋼不同生產系統要求的、對膜材料本身不產生損害的膜清洗藥劑迫在眉睫。

1 膜清洗技術存在的問題與馬鋼工業膜污染的特點

大量的生產實踐表明，設備廠家配套的清洗劑在不同地區、不同水質情況下的清洗效果差異較大，相當數量的用戶反映達不到預期效果，突出表現在清洗周期短、藥劑消耗量大。以同類設備為例，日本新日鐵及臺灣中鋼公司的膜組件的清洗作業間隔一般為8～11個月，而馬鋼目前則僅為3個月左右，否則，就不能保證生產制水要求，直接影響其他生產線的運行。寶鋼和武鋼面對同樣的問題最終選擇了自行開發之路，即開發適合區域水質特點的專用清洗劑。

馬鋼膜處理設備污染的特點:①膠體、顆粒物污染最為常見。水中大量存在黏泥、膠體硅、金屬氧化物及有機質等顆粒物，在膜處理系統預處理中可以將源水中的這些污染源控制在一定程度，不致對系統的短期運行造成影響;隨著系統運行時間的延長，預處理反沖洗不徹底、操作人員的日常操作不到位等原因都可能導致預處理效果變差，造成系統膠體、顆粒物的污染。②自來水一般通過控制余氯來抑制微生物的滋生，但是余氯有較強的氧化性，會氧化膜表面，影響膜的壽命和產水水質，因此膜處理系統苛刻的余氯含量要求(必須低于0.1 ppm)給微生物的生存繁殖提供了有利的環境，微生物生長及排泄出的酸性黏泥會堵塞膜的微孔。③進水中某些物質與膜面發生化學反應，從而引起沉積、沉淀以及膜表面的非常規老化，使膜表面發生污染或使膜的性能變差。鑒于本區域膜污染的特點，外方設計的專用清洗劑難以契合馬鋼膜污染，因此導致馬鋼清洗作業效果不佳，清洗間隔變短。

2 目標及指標要求

2014年，馬鋼(集團)安徽欣創節能環?？萍脊煞萦邢薰疽劳性谀で謇碜鳂I中積累的豐富經驗，組建了馬鋼專用膜清洗系列藥劑研發攻關團隊。

攻關團隊的目標是結合馬鋼膜處理組件的實際運行情況及本地區的水質特性，以檸檬酸清洗液、三聚磷酸鈉、EDTA四鈉鹽清洗劑等為原料，研制出2～4個系列適用性較強的膜清洗劑，用于替代進口設備配套廠家的清洗劑。

現場離線清洗試驗指標要求:①清洗效果達到或超過進口藥劑;②清洗成本較進口藥劑下降30%以上;③清洗完的廢液符合國家環保要求。

3 馬鋼水質特點及現有超濾、反滲透膜系統運行情況

3.1 水質特征調研

2014年一季度開展的馬鋼老區、新區水質特點調研結果見表1。

表1 馬鋼老區、新區水質特點

由表1可看知，老區水質的硬度較高，反滲透設備結垢趨勢會更明顯;所以，老區的膜清洗劑配方在酸洗、阻垢方面需要加強。

3.2 馬鋼現有超濾、反滲透膜系統運行情況調研

2014年一季度開展的馬鋼現有超濾、反滲透膜系統運行情況調研結果見表2，其中進口堿劑約1.5萬元/t、進口膜清洗劑約6萬元/t、次氯酸鈉5000元/t、氫氧化鈉3000 元/t、鹽酸400 元/t。

表2 馬鋼現有超濾、反滲透膜系統運行情況調研結果

4 新藥劑的清洗效果

新開發的MBR膜(超濾膜)清洗劑2014年4—7月在能源總廠二硅鋼水處理站進行的清洗試驗結果見表3;新開發的適用于常規無機陶瓷膜(超濾膜的一種)的清洗組合劑2014年二季度在能源總廠二硅鋼水處理站進行的清洗試驗結果(超濾設備運行8～10 h時及清洗后的數據)見表4。

表3 MBR膜清洗劑在能源總廠二硅鋼水處理站清洗試驗結果

由表3可知，膜清洗組合劑的效果顯著，對C組膜單元的清洗效果明顯超過業內平均水平;膜清洗組合劑對不同污染情況的清洗效果差異很大，產品的適用性尚需提高。

表4 常規無機陶瓷膜清洗組合劑在能源總廠二硅鋼水處理站清洗試驗結果

由表4可知，膜清洗組合劑在1#超濾膜單元的清洗效果穩定，并且基本達到了業內平均水平;但在2#超濾膜單元的清洗效果不穩定，波動較大?？梢?，膜清洗組合劑在不同的污染因素和工況下的清洗效果不穩定，也需通過進一步優化配方以提高產品的適應性。

經過近半年的調試和完善，2種超濾系統清洗組合劑對能源總廠二硅鋼含油廢水處理系統的2組超濾機組進行清洗，循環堿洗用水中固體堿洗劑用量為20 kg/t，酸洗劑使用的是硝酸，配方均環保無污染，酸堿性清洗廢水調節成中性后直接外排。

大量的清洗數據表明，通量為3 m3/h的無機陶瓷膜管，經過清洗組合劑清洗后，通量可達9～17 m3/h，運行8～10 h后的通量仍在5～10 m3/h，清洗效果明顯，達到了設定指標。

5 新藥劑與其他藥劑的配方差異

馬鋼自主研發的超濾膜清洗組合劑與傳統的膜清洗劑相比，具有適用范圍廣、綠色環保、物料成本低等優點。新藥劑與其他藥劑的配方差異見表5。

表5 新藥劑與其他藥劑的配方差異

6 存在的問題與結論

(1)2種組合劑配方在實際清洗過程中，受不同污染因素和工況的影響較大，還需繼續優化配方，以進一步提升清洗效果。

(2)現場試驗還需從能源總廠二硅鋼水處理站擴展到馬鋼股份公司其他水處理站，以進一步驗證產品的性能和改進、優化效果。

(3)馬鋼膜清洗組合劑的開發應用，既能替代進口藥劑，打破設備配套廠家的技術封鎖，又可形成獨立自主的操作工藝，提高系統運行效果，實現了經濟效益和環境效益的同步發展。