PROC10反渗透膜元件在钢铁企业中水回用应用案例
发布日期: 2016/12/22 来源： 北京水处理公司
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
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。
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 |
| 总N(mg/L) | 16.9 | ||
| 总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。
| 项目名称 | 元件型号 | 产水量(T/H) | 水源 |
| 首钢迁安钢铁 | PROC10 | 1000 | 钢厂综合废水 |
| 宝钢八一钢铁 | PROC10 | 700 | 钢厂综合废水 |
| 包头钢铁（各个分厂） | PROC10 | 900 | 地表水 |
| HYDRAcap60 | 1200 | ||
| LFC3-LD | 270 | ||
| 马鞍山钢铁 | CPA3-LD | 1080 | 地表水 |
