关于降低膜系统运行成本与提高膜系统产水率的对策研究

第30卷第3期2014年6月湖南有色金属HUNANNONFEＲＲOUSMETALS作者简介:张天芳(1983－)，女，助理工程师，主要从事重金属污染防治研究工作。关于降低膜系统运行成本与提高膜系统产水率的对策研究张天芳1，2(1.株洲冶炼集团股份有限公司，湖南株洲412004;2.铅锌联合冶金湖南省重点实验室，湖南株洲412004)摘要:对膜处理系统的运行状态进行了分析，优化了生产组织模式及碳酸钠投加量，改进了膜处理系统的工艺路线及关键设备———保安过滤器，选取了性价比较高的国产保安过滤器滤芯取代价格昂贵的进口滤芯，使膜系统的产水率提高了23%，运行成本降低了27%，为膜系统的安全稳定运行打下了坚实的基础。关键词:超滤;反渗透;保安过滤器滤芯;碳酸钠中图分类号:X52文献标识码:A文章编号:1003－5540(2014)03－0061－05随着环境问题的日益严峻，国家在环保领域的投入越来越多，有色企业面临的环保压力也越来越大。为了更好地实现资源循环利用，做到清洁生产，国内某大型有色金属冶炼企业从2006年开始实施重金属废水零排放与资源化项目，总投资约1亿元。该企业水处理厂反渗透膜处理系统深度净化重金属废水工艺作为其中的一个重要项目于2008年4月开始施工，2009年底进行了项目调试。该项目采用“超滤+反渗透”双膜法处理工艺，设计处理能力为200t/h，整套系统包括化学预处理、前处理和反渗透脱盐三部分，自动化程度较高。化学预处理部分是采用碳酸钠脱除废水中的钙离子;前处理部分包括多介质过滤器及超滤，主要用于去除废水中的悬浮固体、胶体、COD等杂质，保证达到反渗透进水要求;反渗透脱盐是整套系统的核心部分，反渗透膜是只允许水分子透过的半透膜，基本可以截留水中所有的盐类。经过反渗透膜的废水将分成两部分，一部分水得到净化成为淡水，其水质优于工业用水，可作为工艺用水替代部分新水使用;另一部分为浓水，进水中的污染物基本存在于浓水中，浓水可以作为冲渣等车间杂用水源。膜系统在运行的过程中，由于进水水质不稳定、设备运行故障率高等因素导致膜系统运行成本高且产水率较低。该研究主要优化药剂碳酸钠的投加量，以节约药剂成本，实现膜处理系统的经济有效运行。此外，还对关键设备———保安过滤器进行升级改造，防止排气管倒吸污水及设备两端的压板变形。通过对比试验选取性价比最高的国产滤芯取代原来价格昂贵的进口滤芯，延长滤芯更换周期，节约耗材成本。最后，还对当前膜系统的工艺进行了改进，反渗透自清洗水由原进5#均化池改进超滤产水池，提高了膜系统的产水量，避免了重复处理的浪费。1工艺优化1.1工艺流程1#～3#斜板池产出的高钙净化水进入5#均化池，提升至5#斜板沉淀池内投加碳酸钠、絮凝剂和助凝剂进行化学沉淀预处理，将净化水中的Ca离子浓度降至50mg/L以下，同时降低其中F离子浓度，然后输送至缓冲水池，经过多介质过滤器和超滤(UF)进一步降低其中的悬浮固体、胶体、COD等杂质，再进入反渗透(ＲO)系统进行脱盐处理。产出的一次淡水排入回用水池直接回用，与现有生产水管网并网使用，为保证系统的产水回收率，原水反渗透产出的一次浓水再进行一次反渗透处理，即一次浓水进行二次反渗透除盐处理，产出二次淡水排入回用水16湖南有色金属第30卷池直接取代生产水回用，产出的二次浓水输送至生产系统作为冲渣等车间杂用水源。工艺流程如图1所示。图1膜处理系统工艺流程图1.2优化主要药剂碳酸钠的投加量2011年，该系统用于5#均化池降钙的碳酸钠使用成本达到了总运行成本的78.33%，保安过滤器滤芯消耗成本次之，达到了10.47%，为了有效地降低膜处理系统的运行成本，对碳酸钠的投加量进行了优化，通过对比实验选取了性价比最高的国产保安过滤器滤芯取代价格昂贵的进口保安过滤器滤芯。从生产现状发现，为了降低预处理出水钙离子含量，当前的碳酸钠投加为过量投加，且过量系数较大，导致膜系统运行成本增加，加重了反渗透膜的运行负担，由于碳酸钠的水溶液电离出的碳酸根离子与水中氢离子结合成碳酸氢根离子，导致溶液中氢离子减少，剩下电离的氢氧根离子，所以溶液pH显碱性，过量投加后引起pH值升高，导致后续盐酸用量增加;此外，碳酸钠过量投加还会引起出水电导率升高，加重膜系统脱盐负担，对膜系统经济、稳定运行都造成了不良影响。因此，优化碳酸钠投加量势在必行。碳酸钠除钙的化学方程式如下:Na2CO3+Ca2+=2Na++CaCO3↓使用的无水纯碱为99%工业纯，配制浓度为20%，密度约为1.2g/mL，需要将预处理进水的钙离子含量降至50mg/L以下，进水量按120m3/h计算，其中Na2CO3的相对分子量为106，Ca的相对分子量为40，设预处理进水中的钙离子含量为A(mg/L)，则碳酸钠的理论消耗T1(kg/L)为:T1={［106×(A－5