反滲透(RO)技術(shù)以其脫鹽率高、環(huán)保、適應(yīng)范圍廣等特點廣泛應(yīng)用于鋼廠廢水回用、地表水回用、海水淡化、電鍍廢水回用等領(lǐng)域，隨著全球性水資源的日益短缺和水污染加劇，廢水回用已成為水資源的重要組成部分。鋼鐵廠在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，在鋼廠廢水資源利用中，超濾(UF)+反滲透(RO)深度處理工藝得到越來越廣泛的應(yīng)用，利用RO技術(shù)進行鋼廠廢水回用是緩解工業(yè)用水荒的戰(zhàn)略對策之一，也是實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用、防止環(huán)境污染的一種有效途徑。同時也有效降低了噸鋼的新水消耗量，為推進鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排和綠色轉(zhuǎn)型做出了貢獻。
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由于鋼廠的工藝產(chǎn)品不同、運行管理不同，使污水水質(zhì)波動較大，而且污水成分復(fù)雜，雜質(zhì)濃度較高，所以，反滲透(RO)系統(tǒng)需要專門設(shè)計一系列的預(yù)處理過程，完善RO進料水的預(yù)處理工藝，包括供酸和添加阻垢劑等，預(yù)防膜元件的污染。但是，即便系統(tǒng)有較為完善的預(yù)處理單元，也不能完全避免膜在使用過程中受到污染，膜污染會導(dǎo)致進出水壓差升高，脫鹽率降低，產(chǎn)水量下降等問題。RO系統(tǒng)膜受污染后，應(yīng)采用合理的清洗方法及時進行清洗，否則，污染物的沉積會導(dǎo)致系統(tǒng)不定期停產(chǎn)，甚至需要頻繁更換膜組元件。所以，發(fā)現(xiàn)RO膜污染后及時進行有效的清洗是保證RO系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)。
1、鋼廠廢水回用水質(zhì)處理工藝
河南某大型鋼廠針對本廠廢水特點，利用超濾(UF)+反滲透(RO)深度處理技術(shù)作為廢水回用的主要水處理工藝，設(shè)計的廢水處理量為2.8萬m3/d，系統(tǒng)設(shè)備配置如下：曝氣氧化池+高密度澄清池+V型濾池+超濾(UF)+反滲透(RO)等組成。系統(tǒng)使用的反滲透膜是美國的KOCH科氏聚酰胺復(fù)合膜，水處理工藝流程如圖1所示。
2、反滲透(RO)膜污染原因及污染物分析
2.1 RO系統(tǒng)概況及存在的問題
該鋼廠廢水回用項目中，共有6套反滲透(RO)裝置用于廢水回用，設(shè)計產(chǎn)水量單套200m3/h，回收率70%，運行2年后，2號、5號RO系統(tǒng)出現(xiàn)了較為明顯的出水量下降，膜端壓差增加，脫鹽率降低等現(xiàn)象，經(jīng)了解，在運行過程中廠方盡管進行了定時的正沖、反沖維護操作，但沖后出水效果沒有明顯的改善，而且，經(jīng)過常規(guī)的化學(xué)清洗已經(jīng)不能達到降低壓差、提高產(chǎn)水量的目的，為避免RO系統(tǒng)大規(guī)模更換膜元件，決定對2號、5號RO系統(tǒng)膜污染原因及清洗進行分析研究，確保RO系統(tǒng)平穩(wěn)、正常的運行。
2.2 鋼廠廢水水質(zhì)分析
鋼廠廢水經(jīng)污水站處理后作為廢水回用工程的源水，其水質(zhì)分析如表1所示。
由上述分析結(jié)果可以看出，鋼廠廢水成分復(fù)雜，含鹽量高、硬度大，懸浮物多，有機物含量高，尤其是Ca2+、SO42-含量較高，因此，應(yīng)完善RO系統(tǒng)預(yù)處理工藝，加強預(yù)處理管理控制水平，確保RO系統(tǒng)進水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，避免RO膜受到污染。
2.3 反滲透(RO)膜污染物成分分析
拆卸受污染RO系統(tǒng)膜元件，打開RO膜元件端板，發(fā)現(xiàn)膜表面附著一層淡黃色黏泥狀沉積物，取樣對污染物成分進行化學(xué)分析，分析結(jié)果如表2所示。
由表2分析結(jié)果可以看出，污染物主要是有機物和微生物污垢，以及硫酸鈣、碳酸鈣等無機鹽垢。
2.4 反滲透(RO)膜污染原因分析
鋼廠廢水成分復(fù)雜，有機物、Ca2+、SO42-含量較高，特別是鋼鐵企業(yè)，因工藝產(chǎn)品不同，運行管理不同，使鋼廠廢水水質(zhì)波動較大，對加藥工藝會產(chǎn)生較大的影響，因此，需要加強管理，不斷優(yōu)化，對預(yù)處理單元應(yīng)不斷完善，提高管理水平，否則，常常會導(dǎo)致RO膜元件受到污染，可見，運行管理不當(dāng)是導(dǎo)致膜污染的重要原因。
另外，鋼鐵企業(yè)的廢水經(jīng)常規(guī)處理后，排出水的COD、含油量常常難以滿足RO系統(tǒng)的要求，這對RO膜材料和組件的反污染設(shè)計與選型提出了更高的要求?？傊?，鋼廠廢水回用RO系統(tǒng)膜污染是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)實問題，發(fā)現(xiàn)RO系統(tǒng)膜污染后及時進行合理、有效的清洗是保證RO系統(tǒng)正常運行的有效方法。
3、反滲透(RO)膜化學(xué)清洗
針對該廠RO膜污染情況及污垢特點，采用單一酸洗或堿洗達不到預(yù)期清洗效果，確定采用“殺菌+酸洗+堿洗+酸洗”清洗方案，對該廠2號、5號RO系統(tǒng)進行化學(xué)清洗。
工藝流程如下：水沖洗—殺菌—水沖洗—酸洗—水沖洗—堿洗—水沖洗—酸洗—水沖洗—完成。
3.1 清洗工藝參數(shù)
殺菌：殺菌劑選用2,2-二溴-3-次氮丙酰胺，加入濃度400~500mg/L，水溫控制在30~35℃，循環(huán)30~60min，浸泡4h。
酸洗：采用鹽酸，控制pH在2~3，水溫控制在30~35℃。
堿洗：1.5%次氯酸鈉，2.0%碳酸鈉，0.01%表面活性劑，控制pH在10~11，水溫控制在30~35℃。
3.2 清洗步驟
(1)水沖洗?；瘜W(xué)清洗前，采用RO產(chǎn)水進行沖洗，目的是有效帶走RO膜表面部分污染物;化學(xué)清洗后的水沖洗，目的是置換化學(xué)清洗廢液，為產(chǎn)品水的質(zhì)量提供保證。
(2)殺菌。向清洗水箱內(nèi)注水，用蒸汽加熱，啟動清洗泵，緩慢加入殺菌劑，動態(tài)循環(huán)，清洗溶液由無色變化為淡黃色，放掉清洗溶液，重新配制新的清洗液，如此循環(huán)，清洗至溶液顏色不變后，浸泡4h，放掉清洗液，進行水沖洗，出水干凈后水沖洗結(jié)束。
(3)酸洗。酸洗時，向清洗水箱內(nèi)注水，用蒸汽加熱，啟動清洗泵，緩慢加入鹽酸，pH控制在2~3，進行分段清洗，先清洗一段，再清洗二段。動態(tài)循環(huán)40min，再浸泡40min。如此交替進行清洗，當(dāng)pH值不再升高時，進行水沖洗，出水pH值達到6~7時，水沖洗結(jié)束。
(4)堿洗。向清洗水箱內(nèi)注水，用蒸汽加熱，啟動清洗泵，慢慢加入清洗藥劑，攪拌使清洗藥劑完全溶解，先清洗一段，再清洗二段。動態(tài)循環(huán)40min，再浸泡50min。如此交替進行清洗，若pH降低0.5時，加入NaOH控制pH值在10~11。當(dāng)pH值不再降低時，進行水沖洗，出水pH值達到6~7時，水沖洗結(jié)束。
(5)酸洗。堿洗后，當(dāng)水沖洗至出水為中性后，再進行一次酸洗，其清洗方法及工藝同上酸洗所述。
(6)水沖洗?；瘜W(xué)清洗結(jié)束后，用大量RO產(chǎn)品水對清洗水箱、管道、RO系統(tǒng)進行沖洗，當(dāng)pH達到中性為止。
(7)在清洗過程中排放的廢酸、廢堿，應(yīng)用酸、堿進行中和處理，防止環(huán)境污染。
4、清洗效果
對2號、5號RO系統(tǒng)分別進行了化學(xué)清洗，清洗前后主要運行參數(shù)見表3。由表3可以看出，清洗后2號、5號RO系統(tǒng)一、二段進水壓力明顯降低，產(chǎn)水量有較大提高，由此可見，本次清洗效果良好，達到預(yù)期清洗效果。
5、結(jié)論
(1)鋼鐵企業(yè)因產(chǎn)品工藝不同，運行管理不同，使鋼廠廢水水質(zhì)波動較大，對加藥工藝會產(chǎn)生較大的影響，廢水回用RO膜污染是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)實問題，因此，在RO系統(tǒng)日常運行過程中，需要加強管理，對預(yù)處理單元應(yīng)不斷完善，嚴(yán)格控制RO系統(tǒng)進水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)防或延緩RO膜污染的發(fā)生。發(fā)現(xiàn)RO系統(tǒng)膜污染后，應(yīng)及時分析診斷污染原因，依據(jù)污染物性質(zhì)和特點，進行有針對性的化學(xué)清洗，系統(tǒng)性能才能獲得較好的恢復(fù)，否則，很容易導(dǎo)致RO膜出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的損傷。
(2)本次化學(xué)清洗，2號、5號RO系統(tǒng)進出水壓差明顯降低，產(chǎn)水量有較大提高，系統(tǒng)恢復(fù)正常運行狀態(tài)，清洗后RO系統(tǒng)運行狀況良好，達到預(yù)期清洗效果。( >
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