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膜处理技术在新水处理站扩建工程中的应用

时间:2019-03-04 13:08   作者: 点击:

  表1新水处理站设计与运行技术指标对比表―),男,高级工程师,从事给排水设计及研究工作包钢薄板厂新水处理站(简称新水处理站)于2000年开始初步设计,工程按两期进行总体布置。一期工程按满足薄板连铸连轧(CSP)工程和二炼钢厂工程所需生产用各系统补充水量的要求设计,一期工程于2001年底建成投产,经过改进和完善,于2004年底达到了设计目标。二期工程按满足薄板厂冷轧工程所需生产用各单位补充水量进行预留,二期工程已于2004年11月底建成投产。由于包钢薄板厂冷轧工程新水处理站扩建内容是新水处理站二期工程,所以该扩建工程充分吸收了一期工程水处理工艺的经验和教训,借鉴了包钢原有混床的不足,设计进行全过程优化。采纳一期工程两级反渗透技术,脱盐水采用一级反渗透,除盐水采用二级反渗透,预处理的活性炭过滤由超滤膜取代,精除盐水由EDI取代混床,实现了全膜水处理工艺。投入运行以来一直比较顺利,取得了稳定高效的运行效果。整理近几年来的运行技术指标,列于表1.从表1中可看出,除过滤水电导率指标,完成值水质指标完成值均优于设计值,可见整个新水处理站运行效果是好的。

  1工程概况1.1一期工程一期工程水处理工艺流程为:黄河新水―澄清(加PAM、PAC)――次过滤(外送870m3.h-1)―二次多介质过滤(加PAM、PAC、CI2)―活性炭过滤―一级反渗透(外送569卜!!-1)―二级反渗透(外原水为黄河新水,水质为:悬浮物<含量较高加之电解法生产二氧化氯达不到设计的投加量,起不到杀菌效果,使一级反渗透膜、保安过滤器、活性炭过滤器污堵严重,出水水质水量下降。后来将电解法二氧化氯发生器更换为化学法二氧化氯发生器、保安过滤器更换了滤芯、活性炭过滤器更换了滤料、一级反渗透膜系统改造了清洗管路并加大了清洗泵的流量、扬程,运行达到了设计目标。

  1.2二期工程根据一期工程及包钢现有混床的状况,决定采用“超滤+―级反渗透”生产脱盐水;脱盐水再经二级反渗透处理成除盐水;再将除盐水经EDI处理成精除盐水。形成了“超滤+反渗透+EDI”的全膜法流程:一期工程一次过滤水―板式换热器―全自动过滤器(加PAC、PAM、CI2)―超滤膜―中间水箱(加NaHSOg)―加压泵(ORP仪表)―保安过滤器(加阻垢剂)―高压泵―一级反渗透系统(外送100h-1)―脱盐水水箱(加碱调pH)―加压泵―保安过滤器―高压泵―二级反渗透系统(外送50t-h-1)―除盐水水箱(加碱调pH)―加压泵―保安过滤器―EDI系统―精除盐水水箱―精除盐水供水泵以上水处理工艺与一期工程相比还增加了板式换热器将黄河新水加热,增加NaHS3还原剂以中和游离氯,超滤膜取代活性炭过滤。

  2二期工程设计优化二期工程是在一期工程的基础上开展设计的,一期工程的运行效果较好。但原水是黄河新水,黄河新水的特点是:每年的1一3月,水的浊度、温度、色度、COD较低,这一时期的水质特点为低温低浊;4一7月这4个月为黄河枯水期,水的浊度、色度、COD均较高,这一时期的水处理难度大;8―11月为黄河的丰水期,水的浊度高,但色度、COD较低,属高浊水;12月黄河新水为低浊低温但COD相对前几个月有所增大,水的处理难度大。以往采用活性炭过滤当黄河来水是枯水期和12月低浊低温但CODm较高时(在817.8mg.L-1),采用活性炭,由于其吸附容量小,易饱和,加上反洗不理想,进水有机物含量大时,出水达不到进反渗透膜的要求,CODm时有超标,使反渗透装置的一级反渗透膜、保安过滤器污堵加快,清洗较频繁。同时考虑黄河新水为低温期时,也会影响超滤膜及反渗透膜的出水量。另一个问题是由于Na+含量在150314mg.L-1,Cl-含量在100290mg.L-1,单纯采用反渗透装置,Na+、Cl -离子容易泄漏,难以保证电导率<1S.cm-1和Cl-含量<0.1mg.L-1.经调查研究,决定在超滤膜前加板式换热器,使低温来水加热到20°C,以确保膜装置特别是超滤膜的出水量。解决COD的超标,将前处理的活性炭过滤由超滤膜替代。制取精除盐水增设EDI精除盐工序以保证电导率<1xS.cm-1和Cl-含量<0.1mg.L-1.监控系统与一期工程相同设计为集散控制系统(DCS)。

  2.1超滤膜取代活性炭过滤器一期工程的预处理终端是活性炭过滤器。起初投入运行活性炭过滤对有机物的去除效果良好,但随着运行时间的延长,尤其是到活性炭使用后期,其往往会成为预处理的污染源。所以新建反渗透膜预处理系统要尽量避免使用活性炭过滤器。超滤膜可确保预处理系统出水水质满足反渗透的进水要求,设计选用美国海德能公司超滤膜,为亲水性聚砜中空纤维束膜,每根膜元件长为1500mm,膜面积为46m2,截留分子质量为50000道尔顿。运行一段时间后,进行反冲洗,反冲洗水为超滤进水,经过长时间(4个月左右)运行后,需进行化学清洗,原水经过超滤膜处理,去掉水中有机物,胶体、细菌,出水SDI小于4,有时小于3,浊度<0.3NTU.采用超滤工艺有如下特点:(1)对大分子有机物有去除作用,这是普通过滤无法比拟的。(2)即使原水为黄河新水,水质随季节发生变化,其出水水质也较稳定。出水保持在SDI<4,CODm<1.5mg.L-1,使反渗透装置污堵减少,清洗周期延长(4个月左右)。延长反渗透膜的使用寿命,降低运行费用。反渗透膜的使用寿命由原来的3年提高到5年。(3)经济环保的水处理工艺,可以彻底清除絮凝剂、助凝剂的大量投加,以往采用活性炭过滤前处理采用瓷砂及多介质过滤,投加絮凝剂和助凝剂以提高过滤出水水质。(4)节省设备空间和占地面积,降低厂房土建费用;(5)选用的进口超滤膜性能优良,具有良好的稳定性和抗细国腐蚀能力。

  设计采用6套TSC-70型超滤装置,超滤膜为美国进口产品,每套产水量60卜1!-1,回收率大于93°%. 2.2两级反渗透采纳一期工程两级反渗透技术,一级、二级反渗透选型与一期工程一样。反渗透装置膜组件为一级二段式。膜元件采用卷式ESPAI型(芳香族聚酰胺)超低压复合膜。一段与二段按10:5排列,具体配置为一级反渗透装置4套,整套装置产水量70m3士-1,脱盐率大于97°%,回收率75°%;二级反渗透装置2套,单套产水量70t.li-1,回收率85°%,系统脱盐率97°%. 2.3EDI取代混床包钢制备精除盐水或纯水的工艺,一直采用一级除盐加混床(H-D-OH-H/OH)的水处理传统工艺。运行证实,该工艺出水优良(一般电导率< 0.10Scm-1),出水水质稳定,进水水质变化对混床出水水质影响不大,交换终点明显,即混床在失效前,出水电导率上升很快,有利失效监控。但混床的缺点是树脂层工作交换容量的利用率低,再生剂用量大,树脂破碎率较高每年补充树脂量大,再生操作复杂,再生时先进行阴、阳树脂分层,然后分别对阴、阳树脂进行再生、清洗、恢复交换能力并用压缩空气均匀混合阴、阳树脂后方能继续进行。每再生一次所需时间较长。尽管包钢使用混床的操作经验成熟,但其运行成本高、操作维护复杂的缺点需要克服。对本工程而言,精除盐水要求电导率小于1.0Scm-1、Cl-<0.1mgt-1,出水量为7th-1,若采用混床制水工艺,除考虑其出水水质远远高于精除盐水和运行过程存在的不足外,就工程的工艺设备配置而言,单台设备体积小,但数量多,如需混床,再生酸、碱计量箱及酸、碱储罐和再生酸、碱废液中和等设施,显然采用混床是不合适的。

  (电除盐)装置替代现有混床。EDI是在电渗析器的淡化室中填充离子交换树脂而成,将电渗析、离子交换和电化学再生三者结合成一个整体。特别适用与经反渗透处理后的除盐水制备精除盐水及纯水(电导率<0.1 Scm-1)。采用EDI,淡化室的普通树脂从水中将离子除去,运用电极极化生成H+和OH-与离子交换剂进行连续再生,因而不需进行定期的酸、碱化学再生。只需加压泵将除盐水打入EDI膜块就能连续制出精除盐水,浓水可回收利用。制水成本仅为混床的75%. EDI采用2套,每套由3个模块组成,单套出水量7.5m3h-1,回收率90%95%,配套浓水循环泵及清洗泵,监控仪表均为进口设备。

  3经济效益分析新水处理站,一期工程投资7600万元,二期工程投资1300万元。据测算,制备脱盐水、除盐水及精除盐水,采用离子交换法与膜处理法、EDI法相比一次投资基本相同,运行费用后者较前者少,且处理站规模越大,节约的运行费用就越多。一期工程年节约运行费900万元,二期工程年节约运行费450万元,两期工程合计年节约运行费1350万元,即不到7年就可收回全部投资。处理站规模越大,节约的运行费用就越多。

  一期、二期工程从建成到现在,多年的运行证实,不仅产生了较大的经济效益。为包钢薄板厂热扎和冷轧薄板生产线提供了合格的去离子水,而且积累了一定的运行数据,在包钢水处理领域属首创工艺技术。在黄河上游针对黄河水质采用上述先进工艺技术也起到了示范作用。

  4小结新水处理站虽然取得了较好的运行效果,但在今后类似工程设计中需要注意如下问题:超滤膜作为预处理的终端设备,出水水质可水质指标,但出水量特别是稳定出水量在设计中要考虑安全系数为1.2比较妥当。否则由于超滤膜组件并联数较多,加之冲洗用水,出水量达不到标准产量,同时冲洗后水应回收到预处理的澄清池继续后续处理,提高整个水处理系统的水回收率。

  水温对超滤膜及反渗透膜特别是超滤膜的出水有一定的影响,尤其是原水为黄河水,水温变化幅度在228°C之间,低温时膜组件出水量明显下降。因此,低温时一定要考虑水的加热。通过该工程近几年的运行证实,水的加热温度应在2025°C为好。这样不仅能保证超滤膜的出水量较为稳定,而且超滤膜的出水水质能够达到进反渗透膜的要求,同时也能增加反渗透膜的出水量。

  EDI膜块制备精除盐水在包钢尚属首次应用,因除盐水水箱属开式系统,水箱除盐水与大气接触,运行中由于微生物、灰尘颗粒的进入,在EDI膜面、交换剂表面积累污物,使其再生能力下降,甚至使其再生能力消失,出水水质降低。在今后类似工程中一定要考虑EDI整个系统的全封闭运行,才能使该技术发挥出应有的作用。

  膜分离技术和化学离子交换法技术都比较成熟,要根据不同的水体,不同的产水水质和水量来确定具体的工艺路线更为妥当。

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