浸沒式超濾和反滲透雙膜法在鋼鐵企業污水處理的應用

付思淇，馬紅剛，郜小晶，卞小朋，王 淼

（1.河南締澄環?？萍加邢薰?，河南安陽 455000；2.中聯思沃（北京）環境科技有限公司，北京 100010；3.安陽鋼鐵股份有限公司，河南安陽 455000）

引言

某鋼鐵企業污水處理系統于2004年建設，隨著時間的推移、生產的調整，為提高水資源利用率，對企業原有水處理系統進行了升級改造。原污水處理系統預處理設計規模為5 000 m3/h，深處理設計規模為500 m3/h，預處理水有2 500 m3/h 進行中水回用，其中800 m3/h 供給深處理，剩余中水達標外排。中水水質指標見表1。

表1 中水水質指標

由于系統運行多年，深處理生產規模由原來的500 m3/h衰減到300 m3/h。通過用水調查，發現企業對一級反滲透水的需求量存在較大缺口，而且中水水質較差，接近循環水水質，使循環水濃縮倍率過低，大排大補，造成資源浪費，也會使循環水系統發生腐蝕、結垢、微生物滋生等問題的風險上升。

通過升級改造，在深處理系統現有300 m3/h 反滲透出力的基礎上，再擴建反滲透出力1 700 m3/h，使深處理連續外供除鹽水量提升到2 000 m3/h。在2 000 m3/h的外供水中，一部分產品水直接供入軟水管網，一部分約1 100 m3/h 的產品水由新建高位反滲透水池自流，送入凈化水站蓄水池，另外約有1 000 m3/h 的中水也會通過管道送入凈化水站蓄水池。反滲透產水與凈化水、中水三股水源勾兌后，通過凈水站外供泵供入凈化水管網，作為生產新水使用。約600 m3/h反滲透產水經產水管流入一期工程反滲透水池，與一期反滲透產水混合外供。反滲透產出的濃水通過后期的濃水零排放工程進行處理，也可部分作為沖渣、悶渣等用途的雜用水。

1 工藝介紹

污水處理工藝主要分為兩個階段：

（1）預處理：通過管網收集的污水經過兩道格柵進入曝氣除油池，去除浮油后自流進入2 格調節池，在調節池末端設置吸水井，在提升泵的作用下污水進入前混凝，投加石灰和混凝劑、絮凝劑進行反應，然后進入高密度沉淀池沉淀，清水進入后混凝，污泥通過污泥泵進入板框壓濾機。后混凝出水通過液位差自流進入V 型濾池過濾后匯集在中水池。預處理工藝流程圖見圖1。

圖1 預處理工藝流程圖

（2）深處理：來自預處理的中水經過超濾增壓泵加壓后進入自清洗過濾器，之后進入超濾裝置，超濾產水進入產水池后通過反滲透增壓泵進入反滲透保安過濾器，保安過濾器出水進入反滲透高壓泵，之后進入反滲透裝置脫鹽，反滲透產水的小部分進入一期反滲透水池并在供水泵的作用下供入公司軟水管網，另一部分進入新建反滲透高位水池自流進入凈化水站與中水地表水勾兌處理后進入中水管網。深處理工藝流程圖見圖2。

圖2 深處理工藝流程圖

2 工藝特點

2.1 高密度沉淀池搭配V型濾池

高密度沉淀池是在傳統的平流沉淀池的基礎上，充分利用了動態混凝、加速絮凝原理和淺池理論［1］，對混凝、強化絮凝、斜管沉淀三個過程進行優化，通過投加不同的藥劑，可以去除部分懸浮物和有機污染物以及大部分的磷，以降低后續處理系統的負荷。系統具有水力負荷高（就相同沉淀面積而言，斜管沉淀的沉淀效率是普通沉淀池的8～10 倍）、占地面積少、啟動時間短（一般小于30 min）、出水水質穩定、耐沖擊負荷、污泥易于濃縮和脫水等優點。高密度沉淀池示意圖見圖3。

圖3 高密度沉淀池示意圖

高密度沉淀池搭配V 型濾池使用，V 型濾池采用均勻級配粗砂作為配料，過濾效果好，納污能力強，過濾周期長，耐水力負荷沖擊，而且采用了氣水聯合反沖洗方式，反洗效果好，恢復性強。

2.2 雙膜處理工藝

采用浸沒式超濾加一級反滲透工藝。目前在反滲透的給水前處理技術中，超濾的出水效果最為理想，且具有抗污染能力強、占地較小等諸多優勢，逐漸在大型工程中得到應用，運行效果均比較理想［2］。浸沒式超濾屬于外壓式超濾。浸沒式超濾與其他超濾的最大區別是采用負壓抽吸的方式過濾，尤其適用于污水處理系統［3］。本系統中，超濾采用Memcor 浸沒式超濾系統L20N 型膜元件，反滲透膜選用CR-100，一級兩段式布置。污水首先經過次氯酸鈉消毒進入浸沒式超濾配水渠，通過液位和PLC 系統控制分配入不同的超濾水池，超濾產水泵通過負壓驅動水和溶解性小分子透過膜壁進入膜纖維內腔，透過液進入超濾產水池。超濾系統主要去除膠體、懸浮物、有機物等［4］，產品水濁度≤0.2 NTU，SDI≤3，回收率≥90% 。

3 運行總結

經過系統調試和連續運行觀察，預處理中水作為深處理進水，對改造后的連續72 h 運行記錄進行匯總分析，以某一運行時間段1#～6#超濾運行數據統計，超濾產水濁度基本維持在0.02～0.08 NTU，偶爾會出現0.08～0.12 NTU，未出現濁度大于0.2 NTU的情況，超濾產水SDI 基本維持在2 左右，未出現大于3的情況。超濾產水濁度圖見圖4。

圖4 超濾產水濁度圖

改造后的1#～6#超濾產水壓力基本上維持在-30 kPa以上，偶爾會出現低于-30 kPa的情況，整體運行壓力穩定。超濾產水壓力圖見圖5 。

圖5 超濾產水壓力圖

改造后的1#～6#超濾產水流量基本上維持在500～650 m3/h，未出現嚴重的產水量下降情況，膜運行通量穩定，無明顯受到污染或結垢導致的通量下降。超濾產水流量圖見圖6。

圖6 超濾產水流量圖

改造后的反滲透回收率能夠達到70%的情況下，1#～8#反滲透脫鹽率均大于98%。7#和8#反滲透出現低峰值原因為反滲透停機沖洗。反滲透脫鹽率圖見圖7。

圖7 反滲透脫鹽率圖

中水地表水和部分反滲透水在凈化水站經過勾兌后作為供給生產單位補水使用。凈化水站出水在勾兌前（以2022 年6 月份計）平均電導率為766.6μS/cm、氯離子46 mg/L，勾兌后（以2023 年3月份計）平均電導率431.9 μS/cm、氯離子31.7 mg/L，凈化水站出水電導降低40%以上，氯離子降低30%以上。定期化驗廠區內用戶水質數據，以某用戶凈環水為例，對系統投運前后某月電導率平均值、循環水Cl-平均值和補充水Cl-平均值進行了對比，發現水質有了較大的改善。

浸沒式超濾投運后，系統運行穩定，對反滲透進水水質具有明顯改善作用，反滲透保安過濾器濾芯受污染程度大大降低，使用壽命得到有效延長。保安過濾器濾芯使用6 個月后，過濾器運行壓差不明顯，濾芯表面干凈，無明顯污染物。使用6個月后保安過濾器濾芯照片見圖8。

圖8 使用6個月后保安過濾器濾芯照片

4 結束語

通過本次的技術改進，公司各循環系統補充水水質大為改善，從目前監測水質情況來看，工業水補水電導率比以前下降超過40%，氯離子比以前下降超過30%，電導率已降到500 μS/cm 以下，污水廠進污水電導已降低到1 000 μS/cm 以下。循環水濃縮倍率提高，排放減少，節水效果明顯。污水廠進水水量明顯減少，中水已不需外排。工程投運后，在該企業各工序排水管理規范情況下，大幅降低了新水外部取水量和廢水排放量，具有顯著的經濟效益和環境效益。此外，它符合國家節水減排政策導向，有效緩解了水資源供需矛盾。