【摘要】高含盐水的二次回收利用一直是国内水处理行业的一个难题，随着膜技术的发展应用，反渗透系统以其诸多优势，在水处理行业得到广泛应用。该工程利用抗污染型反渗透膜对高盐水进行二次脱盐回收利用，针对运行过程中出现的问题，通过完善工艺流程、改造工艺设备，改进操作步骤等措施，强化消毒杀菌，有效控制工艺流程中微生物的滋生，降低反渗透膜元件的污染，实现该工程的高效稳定运行，推进高含盐水二次循环利用技术的推广。
【关键词】反渗透；高含盐水；污染；技术改造
前言
水是我国经济、社会发展的战略性资源，随着人口的不断增长和工农业的飞速发展，用水量和排水量在逐年增加，而有限的地表水和地下水资源又被不断污染，加上水资源地区分布不均，导致水资源日趋紧张。水资源的紧张已经成为制约我国经济、社会发展的重要因素[1，2]。近年来，随着国家环保力度的加强以及人们环保意识的提升，污水的循环利用受到人们的重视，特别是在深度处理及回用方面，随着膜分离技术的快速发展，以反渗透为代表的分离膜水处理技术的应用得到了快速的推广[3]，反渗透系统以其诸多优势，在各行各业得以广泛应用，但相应产生的浓水量也越来越多，浓水处理的问题也日趋显著，浓水如何处置，成了人们又一思考的课题。
1工程简介
某钢铁公司所处的北方地区水资源匮乏，为了减少工业新水的使用量，加大水资源的循环利用，2010年2月份建成一座脱盐水规模为1000m3/h中水深度处理脱盐水站。该系统采用“超滤+反渗透”双膜法工艺对工业废水经污水处理厂处理后的中水进行脱盐净化，分离成脱盐水和一级反渗透浓水（即高含盐水）。脱盐水用于公司铁、钢、热轧、冷轧等工序用户，高含盐水供给下级用户，用于高炉冲渣、炼钢闷渣等用户。而在中水脱盐工程中，产生高含盐水约430m3/h，但下级用户需求量仅仅200~250m3/h，50%的高含盐水无法再利用，只能采取外排，造成环境污染和水资源的浪费。为了对中水深度处理脱盐水站所产生的高含盐废水全部进行回收利用，实现“零排放”的目标，拟对高含盐水进行二次脱盐，进行减量化处理，经过中试研究，通过对大量的试验数据进行分析，一致认为，采取合理的工艺流程和技术参数，选用高效抗污染反渗透膜完全可以满足高含盐水二次脱盐工业化系统的正常运行。2013年8月开始组织高含盐水二次脱盐工程进行施工、安装、调试，2014年1月份高含盐水二次脱盐工程投入运行。该工程工艺主要设施包括预处理系统、二级反渗透系统两部分。预处理采用4台纤维球过滤器，目的是有效去除一级浓水中的SS，CODcr及油，有效降低反渗透膜的污染负荷，从而降低反渗透膜的化学清洗频率，减少运行费用。二级反渗透装置是本系统中的核心装置，反渗透系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物。该工程设计3套反渗透装置，单套反渗透进水214m3/h，系统回收率为50%，反渗透膜元件采用LFC3-LD型抗污染膜。
2存在问题
高含盐水二次脱盐工程按照设计的工艺参数投入运行后，取得了与中试相一致的良好效果，浓水量大大减少，下降到214m3/h，二级浓水被下级用户全部回收利用，实现了区域内的“零排放”。同时，反渗透系统运行稳定，化学清洗周期保持在1个月左右。随着系统长时间的运行，逐渐暴露出许多问题，反渗透系统的进水压力、段间压差在不断的增长，经过化学清洗也无法恢复到初始状态，运行周期不断缩短，清洗频率加大，产水水量不断下降，回收率降低，导致系统无法正常运行。针对此问题，我们对反渗透系统进行了全面检查分析，打开反渗透外壳端盖，抽出每段的始末端膜元件查看，发现进水端膜元件表面附着大量茶色污染物，用手触摸有一种滑腻的感觉，取少量污染物进行燃烧，有毛发燃烧的味道。静置一段时间后，烘干水分，对始端膜元件进行称重检查，重量20kg（8英寸膜出厂重量约15kg），重量已明显超重。末端膜元件检查污染较轻。为了进一步确认茶色污染物的成份，我们取膜片样品进行FT-IR分析，检出来自细菌的吸收，确认茶色污染物主要以微生物为主，正是由于这些微生物污染物堵塞进水流道，造成反渗透系统进水压力和膜元件压差升高，导致系统产水量下降，回收率降低。为此，针对运行过程中出现的问题，进行了相应的技术改造，改变原设计中的不足，加强系统的消毒杀菌工艺，抑制微生物细菌的滋生，保证该系统的安全稳定运行。
3改进措施
3.1反渗透进水工艺的改进
针对反渗透膜元件的微生物污染，原设计考虑一级反渗透前已有杀菌消毒，没有在浓水预处理系统进行杀菌消毒处理，现于高含盐水提升泵出口管增加NaClO加药点，实现不间断均匀加药。由于NaClO是一种氧化性杀菌剂，含有大量氯离子，对反渗透膜元件有氧化作用，因此，根据ORP仪表监测，投加一定的还原剂亚硫酸氢钠。
3.2纤维球过滤器改造
在运行过程中，发现纤维球过滤器出水水质变差，不能满足反渗透系统的进水水质要求，停运后，对纤维球过滤器检查，发现过滤器填料纤维球污染严重，纤维球内部夹杂着很多茶色黏状物，经检测为微生物污染物，通过反洗无法将其彻底去除，纤维球变成了微生物细菌繁殖的温床，导致污染更加严重。因此，为了防止微生物的二次污染，决定将纤维球过滤器改造为石英砂过滤器。将原纤维球过滤器的布水装置拆除，更换为新的布水装置。布水装置为子母管结构栅管，为防止颗粒偏小或因磨损变细的滤料在反洗时跑料，保证进水及反洗出水均匀，栅管管径为DN150，共14根，栅管缝隙为0.5mm，材质为不锈钢(SS316L),布水装置采用的紧固件材质为不锈钢(SS316L)。将原纤维球过滤器的滤料更换为石英砂，按7中不同粒径进行布置。同时，在原纤维球过滤器的滤料衬托层底部增加固定支撑，并做玻璃钢防腐。
3.3增加保安过滤器在线清洗杀菌系统
原设计保安过滤器根据压差情况定期更换滤芯，在运行过程中发现，一旦保安过滤器出现压差后，压差增长速度非常快，通过更换滤芯，发现滤芯上也附着了大量的与膜元件表面相同的污染物。根据此情况，我们增加了保安过滤器在线清洗系统，在原保安过滤器前后各增加一道阀门，保安过滤器进水管上增加一个药剂投加点，加药间增加了自动加药系统。根据运行情况，每运行7天，对保安过滤器进行一次在线清洗杀菌，配制3%的次氯酸钠，浸泡2h后冲洗至出水无余氯。通过增加保安过滤器在线清洗杀菌系统，改善了保安过滤器出水水质，延长了保安过滤器滤芯使用寿命。
3.4化学清洗药剂的校核
化学清洗是反渗透系统运行中不可或缺的一道工序，根据污染物类型和反渗透膜元件选择合适的化学清洗药剂，以避免膜元件的损坏。根据膜片样品分析，已确定膜元件污染为微生物污染，因此，针对微生物污染，我们在实验室进行了膜片样品清洗试验。膜片清洗前的脱盐率和产水量均发生下降，通过清洗，产水量已明显恢复，但脱盐率恢复不明显。根据清洗试验结果，我们进一步确定了化学清洗采用柠檬酸和氢氧化钠对系统进行清洗恢复。
3.5改进反渗透化学清洗装置及步骤
该工程反渗透设计为一级两段，原化学清洗装置不能对反渗透装置的一、二段膜元件进行独立清洗，清洗效果低。通过改造，将反渗透化学清洗装置进液管、回流管改为一段、二段独立进液和回流，使反渗透装置实现一段、二段膜元件独立清洗，提高了反渗透系统的化学清洗效果。同时，由于化学清洗配制药液水源水温冬季低、夏季高，反渗透化学清洗对温度又有着严格的要求，现有清洗装置只有加热装置，没有冷却装置，不能灵活控制温度，导致夏季化学清洗不能连续运行，针对此问题，在原反渗透化学清洗装置清洗水泵出口加装一冷却装置，能够快速降低清洗药液温度，保证化学清洗连续运行。
4结论
通过上述改造，高含盐水二次脱盐系统微生物污染得到了有效抑制，石英砂过滤器出水水质稳定，避免了水质的二次污染，保安过滤器通过在线清洗杀菌，有效降低了微生物污染，滤芯使用寿命大大延长，反渗透系统运行稳定。该工程的二次技术改造，及时解决完善了高含盐水脱盐技术在应用过程中出现的问题，使该系统能够高效稳定运行，促进了高含盐水脱盐技术的推广。同时，该工程的稳定运行对合理利用水资源，保护水环境可持续发展和创建节水型企业都有重大意义，实现了社会环境效益和经济效益的统一。
[参考文献]
[1]肖锦.城市污水处理及回用技术[M].北京：化学工业出版社，2002.
[2]聂梅生.中国给水排水，2001，17（10）：20.
[3]靖大为,席燕林.反渗透系统优化设计与运行[M].北京：化学工业出版社，2016.
作者:段小冰 毛松林 许国峰 单位:北京首钢股份有限公司