关键词：中水回用；全膜法；反渗透；节水
1 工艺流程
青岛特殊钢铁有限公司地处青岛市黄岛区泊里镇，属于环保搬迁项目，全厂生产废水排入中法水务进行混凝、沉淀、砂滤预处理，预处理后的中水再回用至青特钢进行深度处理，深度处理采用全膜法的工艺：“多介质过滤器+超滤+一级反渗透(RO)+二级反渗透(RO)+电渗析(EDI)+浓水反渗透(RO)”的工艺流程（如图 1所示）。下面就该工艺的应用情况作简要说明。
2 系统介绍
2.1 多介质系统
多介质系统由多介质过滤器、自清洗过滤器、板式换热器组成，多介质过滤器内滤料为石英砂和无烟煤，能去除水中的泥沙、悬浮物、胶体等杂质和藻类等生物，经过多介质过滤器和自清洗过滤器的水，能完全保证超滤进水的水质要求，最大限度地保证超滤系统的安全性。运行 5 年来四套过滤器进出口压差如下图 2所示。
2.2 超滤系统
超滤膜选用旭化成外压错流式中空纤维超滤膜，膜材质为 PVDF，膜孔径不大于 0.1μm，膜丝竖向布置。主要用于截留去除水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质。设计超滤产水低于 0.5NTU，SDI<5，完全满足反渗透进水要求，运行 5 年来超滤产水浊度如下图 3 所示。
2.3 反渗透系统
反渗透设备是采用膜分离手段来去除水中的离子、有机物及微细悬浮物(细菌胶体微粒), 以达到水的脱盐纯化目的。一级反渗透设计出水电导率<150μS/cm，回收率为 70%；一级反渗透产水进入二级反渗透进一步脱盐，二级反渗透设计出水电导率<10μS/cm，回收率为 85%；一级反渗透浓水进入浓水反渗透回收利用，浓水反渗透设计出水电导率<150μS/cm，可作为二级反渗透补水或生产用水使用。近 5 年来一级和二级反渗透产水电导率变化如下图 4 和图 5 所示。
2.4 EDI 系统
EDI（Electrodeionization）又称连续电除盐技术，它科学地将电渗析技术和离子交换技术融为一体，通过阳、阴离子膜对阳、阴离子的选择透过作用以及离子交换树脂对水中离子的交换作用，在电场的作用下实现水中离子的定向迁移，从而达到水的深度净化除盐，并通过水电解产生的氢离子和氢氧根离子对装填树脂进行连续再生，因此 EDI 制水过程不需酸、碱化学药品再生即可连续制取高品质超纯水。EDI 设计产水电导率<0.2μS/cm，产水回收率在 95%。近 5 年 EDI 产水电阻率如下图 6 所示。
3 近 5 年各系统运行状况
3.1 多介质系统
该系统一直稳定运行，点检过程中发现罐体内仅有少量滤料存在缺失，未出现板结状况。因滤料长时间未更换，为了加强对中水的过滤效果，2019 年初更换了一套滤料后导致该套设备水通量减少，进出口压差增大，经过研究发现是因为更换的石英砂直径偏小、不规整，导致滤冒堵塞，后更换了一批直径大且规整的石英砂后过滤器运行正常，但过滤压差与更换前相比无明显改变，于是对其他 3 套过滤器只是增添了无烟煤和石英砂滤料，目前系统运行正常。
3.2 超滤系统
当中水浊度小于 3NTU 时，超滤运行采用每天次氯酸钠清洗一次、每周盐酸清洗一次、每月大药剂量碱洗和酸洗一次的方式，产水浊度一直控制在 0.5NTU 以内。日常维护是通过定期对设备断丝情况进行检查，发现断丝过多后使用 USP 钉进行补丝，来保障产水水质，2020 年检查发现该系统出现大面积断丝情况，产水浊度即将超过设计指标，为避免影响反渗透的使用，对该系统进行了全面更换。
3.3 一级反渗透系统
运行过程中产水电导率一直在设计范围内，但反渗透保安过滤器经常会出现污堵现象，导致滤芯更换频繁。经调查发现是我公司制氧厂循环水排水含有阻垢分散剂，与中法水务预处理中的絮凝剂相斥，导致中水浊度偏高，又因超滤存在断丝现象导致超滤产水 SDI 偏高，保安过滤器又是一个密闭环境，细菌滋生较快，最终导致滤芯污堵严重频繁更换，通过调整制氧循环水药剂成分降低中水浊度，加大保安过滤器非氧化杀菌剂投入，滤芯更换频次恢复正常。2020 年该系统产水电导率即将超过设计指标，为避免影响除盐水的水质，对该系统进行了全面更换。
3.4 二级反渗透系统
运行过程中一级反渗透产水 pH 偏高或偏低导致二级反渗透产水电导率上升，因为在水溶液中，碳酸根（CO32–）、碳酸氢根（HCO3–）和二氧化碳（CO2）存在如下的平衡：
H2CO3 ↔ H++HCO3– ↔ 2H++CO32–。当 pH 值小于 8 时，水中的 CO32–和 HCO3–开始部分转换为 CO2，当pH 小于 4 时，水中的 CO32–和 HCO3–都转换为 CO2。反渗透膜原件对溶解在水中的 CO2是不能完全脱除的，这些 CO2透过膜元件到达产水侧后，会重新转化为 HCO3–，使得产水电导率升高。为了避免 CO2对二级反渗透产水电导率的影响，在一级产水侧加氢氧化钠调节 pH 降低干扰，该系统目前一直稳定运行，自 2015 年运行至今未更换膜原件。
3.5 EDI 系统
EDI 系统自运行以来产水指标正常，产水电阻率>2MΩ•cm，SIO2<20ppb，该系统每年进行酸、碱、盐清洗一次，但清洗后电压很快上升。2020 年有些模块电压运行上升至 500V，化学清洗无法恢复，考虑是设备内部树脂、阴膜、阳膜老化，将两套设备中运行电压较低的模块合并成一套系统，又更换了一套新系统。
4 结论
综上所述，通过全膜法回用中水制备除盐水、纯水是安全经济可行的，该套设备设计使用寿命为 5 年，我公司 2015 年将该套系统投入使用，于 2020 年对超滤、一级反渗透、部分 EDI 进行了更换，达到设计使用时间。通过回用中水，降低了自来水的消耗，不仅为公司降本增效，还能解决当地水资源短缺问题，具有良好的社 会效益。
原标题：浅析中水回用在钢厂的应用
原作者：吕洋洋
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