工業(yè)膜處理系統(tǒng)清洗組合劑的開發(fā)與應(yīng)用

唐勝衛(wèi) 劉高峰

(馬鋼集團(tuán)(控股)公司能源環(huán)保部)

超濾膜及反滲透膜水處理技術(shù)在馬鋼集團(tuán)高端板材生產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用有力地保障了馬鋼高檔板材及電工鋼生產(chǎn)的順行，也為降低企業(yè)噸鋼耗新水指標(biāo)起到了良好的支撐作用。

與其他鋼鐵企業(yè)一樣，馬鋼的膜處理系統(tǒng)也主要依靠進(jìn)口，其中的膜單元組件是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。在日常的運(yùn)行中，自來水中存在的極微量的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、、、等一般不會造成無機(jī)物結(jié)垢，但是在膜處理系統(tǒng)中，由于源水一般濃縮4倍，并且pH值明顯升高，因此，難溶物就會在膜表面沉積形成硬垢，此外膜處理系統(tǒng)會出現(xiàn)無機(jī)物結(jié)垢、膠體顆粒物沉積、微生物滋生和化學(xué)污染等現(xiàn)象，導(dǎo)致膜處理系統(tǒng)壓力升高、產(chǎn)水量下降，嚴(yán)重時還會造成膜表面的損傷，使系統(tǒng)脫鹽率降低，最終導(dǎo)致膜處理系統(tǒng)非正常運(yùn)行甚至生產(chǎn)線停止工作，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須定期對膜組件進(jìn)行清洗以恢復(fù)其處理能力，該操作過程稱之為膜處理系統(tǒng)的就地清洗。而維持膜處理系統(tǒng)安全運(yùn)行的膜處理藥劑長期由設(shè)備廠家配套提供，這些藥劑不僅價格昂貴(馬鋼目前每年需消耗超千萬元的膜清洗藥劑)，而且由于設(shè)備廠家配套的藥劑對膜污染的適應(yīng)能力的局限，對現(xiàn)場的正常生產(chǎn)造成了一定的影響。因此，開發(fā)適合馬鋼不同生產(chǎn)系統(tǒng)要求的、對膜材料本身不產(chǎn)生損害的膜清洗藥劑迫在眉睫。

1 膜清洗技術(shù)存在的問題與馬鋼工業(yè)膜污染的特點(diǎn)

大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明，設(shè)備廠家配套的清洗劑在不同地區(qū)、不同水質(zhì)情況下的清洗效果差異較大，相當(dāng)數(shù)量的用戶反映達(dá)不到預(yù)期效果，突出表現(xiàn)在清洗周期短、藥劑消耗量大。以同類設(shè)備為例，日本新日鐵及臺灣中鋼公司的膜組件的清洗作業(yè)間隔一般為8～11個月，而馬鋼目前則僅為3個月左右，否則，就不能保證生產(chǎn)制水要求，直接影響其他生產(chǎn)線的運(yùn)行。寶鋼和武鋼面對同樣的問題最終選擇了自行開發(fā)之路，即開發(fā)適合區(qū)域水質(zhì)特點(diǎn)的專用清洗劑。

馬鋼膜處理設(shè)備污染的特點(diǎn):①膠體、顆粒物污染最為常見。水中大量存在黏泥、膠體硅、金屬氧化物及有機(jī)質(zhì)等顆粒物，在膜處理系統(tǒng)預(yù)處理中可以將源水中的這些污染源控制在一定程度，不致對系統(tǒng)的短期運(yùn)行造成影響;隨著系統(tǒng)運(yùn)行時間的延長，預(yù)處理反沖洗不徹底、操作人員的日常操作不到位等原因都可能導(dǎo)致預(yù)處理效果變差，造成系統(tǒng)膠體、顆粒物的污染。②自來水一般通過控制余氯來抑制微生物的滋生，但是余氯有較強(qiáng)的氧化性，會氧化膜表面，影響膜的壽命和產(chǎn)水水質(zhì)，因此膜處理系統(tǒng)苛刻的余氯含量要求(必須低于0.1 ppm)給微生物的生存繁殖提供了有利的環(huán)境，微生物生長及排泄出的酸性黏泥會堵塞膜的微孔。③進(jìn)水中某些物質(zhì)與膜面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起沉積、沉淀以及膜表面的非常規(guī)老化，使膜表面發(fā)生污染或使膜的性能變差。鑒于本區(qū)域膜污染的特點(diǎn)，外方設(shè)計的專用清洗劑難以契合馬鋼膜污染，因此導(dǎo)致馬鋼清洗作業(yè)效果不佳，清洗間隔變短。

2 目標(biāo)及指標(biāo)要求

2014年，馬鋼(集團(tuán))安徽欣創(chuàng)節(jié)能環(huán)?？萍脊煞萦邢薰疽劳性谀で謇碜鳂I(yè)中積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，組建了馬鋼專用膜清洗系列藥劑研發(fā)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。

攻關(guān)團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是結(jié)合馬鋼膜處理組件的實(shí)際運(yùn)行情況及本地區(qū)的水質(zhì)特性，以檸檬酸清洗液、三聚磷酸鈉、EDTA四鈉鹽清洗劑等為原料，研制出2～4個系列適用性較強(qiáng)的膜清洗劑，用于替代進(jìn)口設(shè)備配套廠家的清洗劑。

現(xiàn)場離線清洗試驗(yàn)指標(biāo)要求:①清洗效果達(dá)到或超過進(jìn)口藥劑;②清洗成本較進(jìn)口藥劑下降30%以上;③清洗完的廢液符合國家環(huán)保要求。

3 馬鋼水質(zhì)特點(diǎn)及現(xiàn)有超濾、反滲透膜系統(tǒng)運(yùn)行情況

3.1 水質(zhì)特征調(diào)研

2014年一季度開展的馬鋼老區(qū)、新區(qū)水質(zhì)特點(diǎn)調(diào)研結(jié)果見表1。

表1 馬鋼老區(qū)、新區(qū)水質(zhì)特點(diǎn)

由表1可看知，老區(qū)水質(zhì)的硬度較高，反滲透設(shè)備結(jié)垢趨勢會更明顯;所以，老區(qū)的膜清洗劑配方在酸洗、阻垢方面需要加強(qiáng)。

3.2 馬鋼現(xiàn)有超濾、反滲透膜系統(tǒng)運(yùn)行情況調(diào)研

2014年一季度開展的馬鋼現(xiàn)有超濾、反滲透膜系統(tǒng)運(yùn)行情況調(diào)研結(jié)果見表2，其中進(jìn)口堿劑約1.5萬元/t、進(jìn)口膜清洗劑約6萬元/t、次氯酸鈉5000元/t、氫氧化鈉3000 元/t、鹽酸400 元/t。

表2 馬鋼現(xiàn)有超濾、反滲透膜系統(tǒng)運(yùn)行情況調(diào)研結(jié)果

4 新藥劑的清洗效果

新開發(fā)的MBR膜(超濾膜)清洗劑2014年4—7月在能源總廠二硅鋼水處理站進(jìn)行的清洗試驗(yàn)結(jié)果見表3;新開發(fā)的適用于常規(guī)無機(jī)陶瓷膜(超濾膜的一種)的清洗組合劑2014年二季度在能源總廠二硅鋼水處理站進(jìn)行的清洗試驗(yàn)結(jié)果(超濾設(shè)備運(yùn)行8～10 h時及清洗后的數(shù)據(jù))見表4。

表3 MBR膜清洗劑在能源總廠二硅鋼水處理站清洗試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，膜清洗組合劑的效果顯著，對C組膜單元的清洗效果明顯超過業(yè)內(nèi)平均水平;膜清洗組合劑對不同污染情況的清洗效果差異很大，產(chǎn)品的適用性尚需提高。

表4 常規(guī)無機(jī)陶瓷膜清洗組合劑在能源總廠二硅鋼水處理站清洗試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，膜清洗組合劑在1#超濾膜單元的清洗效果穩(wěn)定，并且基本達(dá)到了業(yè)內(nèi)平均水平;但在2#超濾膜單元的清洗效果不穩(wěn)定，波動較大?？梢姡で逑唇M合劑在不同的污染因素和工況下的清洗效果不穩(wěn)定，也需通過進(jìn)一步優(yōu)化配方以提高產(chǎn)品的適應(yīng)性。

經(jīng)過近半年的調(diào)試和完善，2種超濾系統(tǒng)清洗組合劑對能源總廠二硅鋼含油廢水處理系統(tǒng)的2組超濾機(jī)組進(jìn)行清洗，循環(huán)堿洗用水中固體堿洗劑用量為20 kg/t，酸洗劑使用的是硝酸，配方均環(huán)保無污染，酸堿性清洗廢水調(diào)節(jié)成中性后直接外排。

大量的清洗數(shù)據(jù)表明，通量為3 m3/h的無機(jī)陶瓷膜管，經(jīng)過清洗組合劑清洗后，通量可達(dá)9～17 m3/h，運(yùn)行8～10 h后的通量仍在5～10 m3/h，清洗效果明顯，達(dá)到了設(shè)定指標(biāo)。

5 新藥劑與其他藥劑的配方差異

馬鋼自主研發(fā)的超濾膜清洗組合劑與傳統(tǒng)的膜清洗劑相比，具有適用范圍廣、綠色環(huán)保、物料成本低等優(yōu)點(diǎn)。新藥劑與其他藥劑的配方差異見表5。

表5 新藥劑與其他藥劑的配方差異

6 存在的問題與結(jié)論

(1)2種組合劑配方在實(shí)際清洗過程中，受不同污染因素和工況的影響較大，還需繼續(xù)優(yōu)化配方，以進(jìn)一步提升清洗效果。

(2)現(xiàn)場試驗(yàn)還需從能源總廠二硅鋼水處理站擴(kuò)展到馬鋼股份公司其他水處理站，以進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品的性能和改進(jìn)、優(yōu)化效果。

(3)馬鋼膜清洗組合劑的開發(fā)應(yīng)用，既能替代進(jìn)口藥劑，打破設(shè)備配套廠家的技術(shù)封鎖，又可形成獨(dú)立自主的操作工藝，提高系統(tǒng)運(yùn)行效果，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的同步發(fā)展。