包钢薄板厂冷轧工程新水处理站扩建设计优化_超滤膜

论文导读:：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。包钢薄板厂冷轧工程新水处理站扩建设计优化。
论文关键词：新水处理站扩建工程，超滤膜，EDI，注意的问题

 

0 引言

包钢薄板厂新水处理站（以下简称新水处理站）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6月完成施工图设计同年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。

表1新水处理站设计与运行技术指标对比表

从上表中可看出超滤膜，除过滤水电导率指标，完成值1300μs/cm大于设计值500μs/cm之外，其他各项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。该工程于2005年底被包钢集团公司评为优秀工程设计二等奖。
 

1 工程概况

1.1 一期工程概况

一期工程水处理工艺流程如下：

黄河新水→澄清（加PAM、PAC）→一次过滤（外送870m3/h）→二次多介质过滤（加PAM、PAC、CIO₂）→活性炭过滤→一级反渗透（外送569t/h）→二级反渗透（外送50t/h）

原水是黄河新水，悬浮物﹤200mg/L，水温2℃～28℃，COD_Mn﹤8~17.8mg/L，总硬＝20～26dH^。，Na⁺ =150～314mg/L，HCO₃^-=150～314mg/L，CI^-=100～290mg/L。起初由于有机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论文开题报告。

1.2二期工程概况

根据一期工程及包钢现有混床的状况，决定采用“超滤＋一级反渗透”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。具体工艺流程如下：

一期工程一次过滤水→板式换热器→全自动过滤器（加PAC、PAM、CIO₂）→超滤膜→中间水箱（加NaHSO₃）→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100 t/h）→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）→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（7 t/h）→用水点。

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NaHSO₃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月~3月（一季度），水的浊度、温度、色度、COD_Mn值较低，这一时期的水质特点为低温低浊；4月~7月这四个月为黄河枯水期，水的浊度、色度、COD_Mn值较高，这一时期的水处理难度大；8月~11月为黄河的丰水期，水的浊度高，但色度、COD_Mn值较低，属高浊水；12月黄河新水为低浊低温但COD_Mn相对前几个月有所增大，水在这个月处理难度大。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COD_Mn较高时COD_Mn在8~17.8mg/L，采用的活性炭过滤吸附，由于其吸附容量小，易饱和，加上反洗不理想超滤膜，进水有机物含量大时，出水达不到进反渗透膜的要求，COD_Mn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⁺离子含量在150～314 mg/L，Cl^﹣离子含量在100～290 mg/L，单纯采用反渗透装置Na⁺、Cl^﹣离子容易泄漏，难以保证电导率<1μs/cm和Cl^﹣<0.1 mg/L。经调查研究，决定在超滤膜前加板式换热器，使来水低温时加热到20℃，以确保膜装置特别是超滤膜的出水量。解决COD_Mn时有超标采用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<1μs/cm和Cl^﹣<0.1mg/L。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确实效果良好，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，每根膜组件由上万根纤维组成纤维束，每根膜元件长为1500mm，膜面积为46m²，截留分子量为50000道尔顿，进水从中空纤维的内部流进，水由内壁向外壁透过收集后从产水管流出，截留物为细菌、大量有机物、胶体等堆积在纤维内表面，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个月主左右)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、细菌超滤膜，出水SDI值100%时间小于4，其中90%时间小于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，COD_Mn﹤1.5mg/L，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菌腐蚀能力。

设计采用6套TSCJ-70型超滤装置，超滤膜为美国进口产品，每套产水量60m³/h，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论文开题报告。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/h，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/h，回收率85％，系统脱盐率97％。

2.3 EDI（电除盐）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﹤0.10μs/cm），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，即混床在失效前超滤膜，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。更何况对本工程而言，精除盐水要求电导率小于1.0μs/cm、Cl^﹣<0.1mg/L，出水量为7t/h，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来看，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。

精除盐水采用EDI（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﹤0.1μs/cm）。而本工程除盐水采用二级反渗透，其出水正好为EDI的进水，全面考虑利弊关系，应采用EDI。在淡化室它虽然使用普通的树脂从水中除去离子，运用电极极化生成H⁺和OH^-与离子交换剂进行连续再生，因而它完全不用进行定期的酸、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。使本工程实现了全膜工艺，在包钢尚属首次。EDI具有以下优点：

（1）工艺过程单一，设备配置简单，占地面积小。

（2）易于实现自动化过程控制，能够连续地制出产品水，制水效率高；出水品质良好、稳定，制水成本低。制水成本仅为混床的75％。

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