超滤技术助力企业应对重度污染水质

作者：本网编辑发布时间：2011-03-14

图1 太原工厂内的DOW Ultrafiltration陶氏超滤SFP-2860组件的双层布置（照片由太原钢铁集团有限公司提供）

在中国规模最大的反渗透污水处理厂——太原钢铁集团的水处理厂中，陶氏超滤装置SFP-2860的成功投运，帮助太钢解决了原水预处理的难题，结合反渗透处理系统实现了工业废水和城市污水的循环再利用。

太原钢铁集团有限公司是世界上最大的钢铁生产企业之一，主要产品包括不锈钢、军用钢、合金模具钢和电磁纯铁，其不锈钢的年产能在2009年跃居全球第一。五年前，太钢为提升不锈钢产能至每年50万t，需要新增一个日处理能力2700t的水处理厂，以满足电厂锅炉补给水、冷却塔用水和清洁循环补给水的需要。为满足更为严格的环保要求，太钢修建了中国规模最大的反渗透（RO）污水处理厂，来循环利用污水，满足工业用水需求。

图2 水处理流程图

该污水处理厂的原水来自钢厂运行产生的各种工业废水以及部分城市污水。这种混合水成分异常复杂，水中的铁离子含量高（浓度峰值12ppm）、化学需氧量（COD）高、含油量高，同时含有其他污染物，水处理工艺面临着诸多问题和挑战。为了降低对超滤系统的污染，在污水进入之前，需要先通过曝气工艺、添加混凝剂和多介质过滤器的处理，使原水中大部分的铁离子被氧化、与其他颗粒一同被过滤分离出来。然而，即便经过这些处理，普通的超滤系统仍然面临较大的压力，需要频繁的就地清洗和维护，才能确保运行效果。

陶氏超滤技术

太钢污水处理厂在设计阶段就对其超滤系统做出了明确要求，要求超滤系统能在避免重度污染的情况下处理复杂的给水，而其选用的陶氏超滤系统则能充分满足这一要求。

图3 产水浊度随时间变化情况

陶氏超滤SFP-2860组件是产能大于50m3/h（220gpm）的系统的理想选择。该组件的直径为8英寸，有效膜面积大，便于构建更为经济的膜系统。SFP-2860组件长60英寸，能够在多种给水条件下进行高效水处理

陶氏超滤组件采用高强度中空纤维膜制造，具有优异的特性和优点：

0.03μm公称孔径，可有效去除细菌、病毒和颗粒（包括胶体），以保护反渗透等下游工艺

图4 流量压力指数随时间变化情况

偏聚氟乙烯（PVDF）聚合物中空纤维，强度高，具有良好的耐化学性，从而延长膜使用寿命；

亲水性PVDF纤维，便于清洗，使膜性能长期保持稳定；

外压式设计，可容许高悬浮物含量的给水，有助于降低对预处理工艺的需求；

未增塑聚氯乙烯（U-PVC）外壳，可避免使用昂贵的膜壳。

陶氏的项目工程师将太钢的超滤系统设计为两层，每层安装六列设备，占地面积比传统装置缩减了一半，总产能达2074m3/h（如图1）。

图5 污泥密度指数随时间变化情况

水处理流程

表1是原水的水质分析。原水是太原钢厂生产线排出的冶金污水、轧钢污水、冷却塔排污水，以及部分城市污水的混合，铁离子浓度峰值时高达12ppm。

如图2所示，曝气工艺将Fe2+转变为Fe3+，便于在后续工序中去除。投加氢氧化钠（NaOH）可以增强氧化作用。根据给水水质情况，可以投加大约5ppm的次氯酸钠（NaOCl）。在机械混合池中投加混凝剂（10~15ppm的聚合氯化铝[PAC]和0.2~0.3ppm的聚丙烯酰胺[PAM]），随后在澄清池中产生絮状沉淀，以便分离。而后采用多介质过滤器滤除剩余的絮状物及其他悬浮颗粒。

残留的次氯酸钠（NaOCl）可通过投加2~4ppm的亚硫酸氢钠予以中和，随后投加4~5ppm的阻垢剂，防止反渗透膜结垢。随同阻垢剂投加的，还有10~15ppm的盐酸（HCl），用以调节pH值。部分一级反渗透产水用于太钢生产线，余下的部分投加氢氧化钠（NaOH）调节pH值后再进入二级反渗透。反渗透产水经混合床离子交换精处理后用作锅炉补给水。

表2和表3列出了超滤、反渗透以及其他设备的运行参数，表4对超滤工艺进行了进一步说明。

超滤系统性能

图3显示了产水浊度随时间变化情况。浊度稳定在0.05NTU，说明系统性能稳定。浊度曲线中出现的尖峰是系统维护所致。