PROC10反渗透膜元件在钢铁企业中水回用应用案例

1.前言

据统计,2009年钢协重点统计钢铁企业以5.2%的总能耗增长实现了11.3%的钢产量增长。重点钢铁企业平均吨钢耗新水平均4.43立方米,同 比下降12.8%。重点钢铁企业的吨钢耗新水量指标平均水平已经达到《钢铁产业调整和振兴规划》中提出的重点大中型钢铁企业吨钢耗新水量低于5吨的指标量 化要求。

唐山属缺水地区,地下水位连年下降,对人民群众的生活用水产生严重影响。河北省最大的民营钢铁企业——国丰钢铁把节水作为深化节能减排的重要手段, 先后投资1.1亿元,建设两座中水处理厂,日处理中水能力32000吨。日处理污水能力3.24万吨。通过先进的工艺流程,该公司生产中产生的工业废水全 部得到处理,并实现"分级处理、分质供应、分区域闭路"的水系统优化使用模式。2008年吨钢耗水达到2.87吨,吨钢耗新水1.08 吨,吨钢耗新水指标在中钢协统计重点企业中排第1位1,优于重点钢铁企业的平均水平。

反渗透膜是中水进行深度脱盐处理的核心技术。PROC10是美国海德能公司于2006年推出的增强型低污染反渗透膜,其在标准测试条件下具有 99.75%的高脱盐率,且采用了端板快速排气专利技术和新型34mil(0.86mm)宽进水隔网,使其具有优越的抗污染和高脱盐性能。

2. RO膜系统配置

中水深度处理采用UF与RO双膜的简单流程:原水采用市政污水处理厂达到一级A排放标准的污水,然后经过超滤系统,再进入到反渗透膜系统;反渗透产 水一部分作为各净环系统及软水密闭循环系统的补充水,另一部分经过混床处理后用于中压锅炉的补给水。超滤膜为西门子Memcor膜组件,反渗透膜采用 PROC10。

RO系统的配置如下:

反渗透设计出力:3×200 m3/h

单套排列方式:30:15(6芯膜壳)

设计回收率:75%

设计膜通量:19.9L/m2•h

3.PROC10技术特点

PROC10是通过多年对国内各种水源、各行业应用的系统故障处理的经验总结而开发的膜元件,分别针对增强膜元件化学药品耐受范围、提高膜元件长期稳定性,防止膜元件的胶体颗粒物污染、改善清洗恢复性,降低系统启动时对膜元件冲击等方面进行了增强的设计。

3.1 化学清洗稳定性

反渗透膜在运行中主要会受到生物污染、胶体污染和无机盐结垢,在污染达到一定程度时需进行化学清洗。反渗透膜的芳香族聚酰胺材料,在强碱反复清洗情 况下可能导致平膜皮层的高分子键的疏松甚至破坏,导致膜元件性能变差。PROC10通过平膜增强技术,耐碱清洗能力得到大幅度提高。图1中表明,强碱清洗 50次,膜元件脱盐率能恢复100%; 清洗90次,脱盐率保持度还可以维持在99.8%以上2。如果按冶金中水回用项目的特点,每2个月进行一次清洗,膜运行5年需清洗30次左右,强碱液对 PROC10的性能不会有任何影响。

3.2 34mil进水隔网

PROC10采用比传统膜元件宽20%的特殊形状34mil进水隔网,降低进水在膜元件内部流动的阻力,减少污堵,提高清洗恢复性。在某个项目中同 时采用了进水隔网为28mil的传统膜元件和PROC10平行运行,由于预处理效果不理想,在进水SDI>5(超出反渗透膜进水条件极限)情况下运 行过一段时间,导致一段膜元件污染迅速。但是,在同样预处理和进水条件下,PROC10与传统膜相比:压差上升幅度小、清洗后压差能降到初始状态,见图 2。运行结果表明,PROC10更耐污染。

3.3 快速排气端板

PROC10采用美国海德能公司的快速排气端板专利技术,即通过在膜元件端板上加设的排气槽,使系统在启动时气体能很快排出膜外,防止膜元件受机械 损伤。我们采用无排气端板和快速排气端板各两支膜元件进行模拟测试,在系统启动时的Pin(启动时膜内部压力、P1(第一支膜元件外部压力)、P2(第二 支膜元件外部压力)压力上升分布曲线见图3。左图是显示无排气端板在系统启动初期,高压泵升压、大量原水流入系统中,2支膜元件内部压力(Pin)迅速升 高,而膜元件与膜壳之间的空气很难瞬间排出,使膜元件内部的压力远远地高于膜元件与膜壳之间的压力(P1,P2),形成压力差 (Pin>>P1≒P2),此压力差容易造成膜元件外壳破裂。右图是快速排气端板的膜系统,系统启动时膜元件内部压力和外部压力几乎以同样速 度上升,没有压力差,可以有效防止膜元件系统启动时的破损。

4.运行数据

RO系统自07年底投运以来,已稳定运行近三年。进水电导255-995цs/cm,温度为15.9-37.9 ℃,波动较大。表1有典型的系统中水和RO产水水质分析,以及对RO产水的水质要求。为排除温度对运行参数的影响,我们采用换算到25℃标准化 数据来进行分析运行状况。图4、图5分别为进水压力、标准化产水量、标准化透盐率的数据。从中可以看出,在将近三年的运行中,各项运行参数都变化不大,且 目前的系统脱盐率还保持在97%以上,说明膜元件性能长期稳定。

表1 现场典型水质

 

 

     分析项目

中水(UF进水)

RO产水

水质要求

电导率(μs/cm)

680

6.13

<50

Cl(mg/L)

93.9

2.02

 

CODcr(mg/L)

17.9

 

 

总硬度(mg/L CaCO3

290.5

0

0

N(mg/L)

16.9

 

 

P

2.36

0

 

pH

7.25

5.76

 

 

5.结论

RO膜元件在钢铁行业中应用,将中水处理成生产工艺用水,可降低冶金企业吨钢新水耗量。PROC10低污染膜元件在国丰钢铁的中水回用项目中运行近三年,产水水质一直符合该厂要求,运行稳定,节水节能效果显著。