１ 工程概况
某冷轧厂年生产规模１２０万ｍ３，脱盐水需求量３００ｍ３／ｈ左右。脱盐水主要用户有：循环冷却水补充水、事故水塔补充水、酸洗—轧机联合机组、退火机组、镀锌机组。循环冷却水补充水、事故水塔补充水所需的脱盐水水质要求为：ｐＨ ７～８，电导率＜１００μＳ／ｃｍ。其他机组所需的脱盐水质要求为ｐＨ７～８，电导率＜３μＳ／ｃｍ。该厂原水水质条件如表１所示。
２ 脱盐水工艺流程的确定
根据该厂提供的原水水质情况及各机组脱盐水水质要求，通过离子交换法和膜分离技术法的经济技术指标的分析比较后，确定选用目前技术较先进的膜分离法技术：超滤两级反渗透处理方法。为了保证超滤和反渗透的进水水质，在其之前设预处理系统，由于超滤和反渗透装置产水量随水温变化较大（一般温度每升高１℃，膜元件产水量提高２．５％），因而为了保证冬季系统供水量，在预处理系统中增设板式换热器，保证原水的水温在１５～２５℃。 该脱盐水处理系统主要由预处理、超滤、一级和二级反渗透装置组成，各装置产水能力见表２。一级脱盐水主要供该厂循环冷却水补充水、事故水塔补充水，二级脱盐水主要供酸洗—轧机联合机组、退火机组、镀锌机组。本脱盐水系统的设计本着节省投资，且水处理工艺布置流畅实用可靠，满足冷轧各工艺机组用水的水质要求，同时结合现场情况和总图，使脱盐水系统设计合理可行。
３ 各系统设备技术参数的确定
３．１ 脱盐水预处理装置
原水首先通过板式换热器加热，将水温提升至２５℃左右，以利于后续的化学反应及膜处理。其后进入多介质过滤器进行过滤，去除原水中的悬浮物及胶体等杂质，减轻后续超滤系统处理的负荷。过滤出水进入中间水池储存。为提高过滤效果，在原水管路中投加适量混凝剂，多介质过滤器采用中间水池出水进行反冲洗。该系统板式换热器２台，每台换热器有效面积２４．２３ｍ２。多介质过滤器３台，每台处理水量１３０ｍ３／ｈ，滤速８ｍ／ｈ，直径４．５ｍ。多介质过滤器反洗水泵２台（１用１备）［５］，每台流量４００ｍ３／ｈ，扬程３０ｍ。
３．２ 超滤处理系统
超滤是一种物理性的低压驱动的膜分离技术，本系统采用中空纤维内压式超滤膜元件，膜材料为改性ＰＶＣ，经过改性后的ＰＶＣ具有亲水性好、耐有机污染、耐酸碱等特点。一支膜组件内含有上万根中空丝，两端用环氧树脂封装，这样每根中空丝都被隔离开来。每根中空丝的内径为１～１．２ｍｍ，而膜的孔径为０．０１～０．１μｍ，这样，大于膜孔径的颗粒将被挡住，从另一个角度说，超滤膜平均截留分子量为５０ ０００Ｄａ，即分子量大于５０ ０００Ｄａ的分子将被截留。
３．２．１ 超滤装置
预处理出水进入超滤系统，为保护超滤膜元件不被大颗粒物质堵塞或划伤损坏，在进入超滤系统前设置过滤精度１００μｍ的叠片过滤器。超滤膜的物理截留作用可以去除水中绝大部分的胶体、悬浮颗粒和细菌、病毒等，使产水水质符合后续反渗透系统进水的要求，超滤过滤方式采用错流过滤，每运行一段时间需进行一次反冲洗来恢复膜通量，超滤产水进入超滤水池储存。该超滤装置的特别之处是过滤方式采用错流过滤，而通常的超滤一般采用死端过滤。所谓死端过滤，又叫全量过滤，与常规的滤布过滤类似，被处理物料进入膜组件，等量透过液流出膜组件，截流物留在膜组件内。为了保证膜组件性能的可恢复性，必须及时从组件内卸载截留物，因此需要进行定时反冲洗等措施来去除膜面沉淀物、恢复膜通量。错流过滤是指被处理液以一定的速度流过膜面，透过液以垂直方向透过膜，同时大部分截流物被浓缩液夹带出膜组件，错流过滤模式减小了膜面浓度极化层的厚度，可以有效降低膜污染。本套超滤装置是通过在常规工艺中加设内循环泵来实现错流过滤，内循环泵开启时，超滤装置采用错流过滤；内循环泵停止，超滤装置采用死端过滤，两种过滤方式也可交替运行。超滤装置共有３套，每套产水能力１１５ｍ３／ｈ；膜运行通量６６．１Ｌ／（ｍ２·ｈ）；回收率８９．５％；出水ＳＤＩ≤１（进水在最差情况时≤２）；反洗通量２５０Ｌ／（ｍ２·ｈ）；系统中设置在线ＳＤＩ监测仪。当膜污染指数ＳＤＩ大于３时，对超滤装置进行化学加强反洗。为保证超滤进水水质，在超滤装置前加设叠片过滤器。叠片过滤器共３套，单套处理量１３０ｍ３／ｈ；过滤精度１００μｍ［４］。超滤供水泵４台（３用１备）。每台流量１３２ｍ３／ｈ，扬程４０ｍ［５］。该泵采用变频电机，可实现超滤进水侧流量为恒流量。因为超滤进水流速较大时，不但造成能量的浪费和产生过大的压降而且加速超滤膜分裂性能的衰退。反之，如果流速较小，截留物在膜表面形成的边界层厚度增大，引起浓度极化现象，既影响了透水率，又影响了透水质量。超滤反洗水泵３台（２用１备）。每台流量２２０ｍ３／ｈ，扬程３０ｍ。由于超滤膜要求透过水的流量为恒流量，同样超滤反洗水泵采用变频泵，使超滤反洗水量为恒流量４４０ｍ３／ｈ。
３．２．２ 加药装置
超滤系统中共设加药装置３套，分别为杀菌剂、酸和碱投加装置。（１）杀菌剂投加装置１套，投加在超滤装置的反洗进水总管上。超滤反洗时投加杀菌剂，以氧化去除污堵在超滤膜内的有机物、微生物等杂质。（２）盐酸投加装置１套，投加在超滤装置的反洗进水总管上。在超滤反洗时投加酸，有利于去除碳酸盐等杂质。（３）碱投加装置，投加在超滤装置的进水总管上。在超滤反洗时投加碱，有利于去除污堵在超滤膜内的有机物、微生物等杂质。３．２．３ 化学清洗装置随着超滤膜组件的长期使用，当超滤膜的产水量下降２０％以上或超滤ＳＤＩ＞３时，需要对超滤膜进行化学清洗，以便及时去除超滤膜内的污染物，防止超滤膜形成顽固性结垢而无法恢复通量。不同的进水水质需要清洗的时间周期不一样，通常为１～４个月。化学清洗分别为：①酸洗：用一级反渗透出水（或超滤产水）配置成质量比为２％的柠檬酸溶液，ｐＨ＝２；②碱洗：用一级反渗透出水（或超滤产水）配置成质量比为０．５％的氢氧化钠和３０ｍｇ／Ｌ的次氯酸钠溶液，ｐＨ＝１２。酸洗后再用碱洗，最后用清水清洗直到出水ｐＨ＝７为止，否则会影响膜通量。
３．３ 两级反渗透装置
反渗透技术是当今最先进、最节能、效率最高的分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的压力下，借助于只允许水分子透过的反渗透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分离，从而达到纯净水的目的。反渗透膜由具有高度有序矩阵结构的聚合纤维素组成，孔径为０．１～１ｎｍ，即一百亿分之一米（相当于大肠杆菌大小的千分之一，病毒的百分之一）。在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。本系统脱盐水根据用户水质要求采用两级反渗透装置。一级反渗透供水泵将超滤水池中的水提升至５μｍ保安过滤器，进保安过滤器前通过管道静态混合器投加阻垢剂防止反渗透膜管中碳酸钙、磷酸钙、硅酸盐等的结垢；并投加还原剂以去除水中的氧化性物质；同时投加酸调节ｐＨ为弱酸性，减缓钙、镁盐的结垢倾向。经保安过滤器过滤后，出水通过高压泵进入一级反渗透系统进行脱盐处理，通过克服膜两侧溶液的渗透压，水中绝大部分的离子得以去除。一级反渗透产水进入一级脱盐水池储存，并通过供水泵送至各用水点。另一部分产水再通过提升泵至５μｍ保安过滤器，出水通过高压泵进入二级反渗透装置进行脱盐处理，出水进入二级脱盐水池储存，通过供水泵送至各用水点。反渗透系统每运行一段时间需进行一次化学清洗以恢复膜通量。反渗透浓水排至脱盐水站外。３．３．１ 一级反渗透装置一级反渗透装置共３套，每套产水量８５ｍ３／ｈ，并联运行。膜通量：１８～１９Ｌ／（ｍ２·ｈ），设计回收率为７５％。可通过调节反渗透产水侧和浓水侧的流量比调节反渗透回收率（７３％～７５％），以适应进水中离子浓度的变化（主要是钙、镁、硫酸根等离子）。一级反渗透前配置保安过滤器，以防止颗粒进入高压泵及一级反渗透膜组件，损伤高压泵部件和划伤反渗透膜表面。保安过滤器：３套，单套处理能力Ｑ＝１１５ｍ３／ｈ，过滤精度５μｍ，进出水最大压差０．０５ＭＰａ。系统中共设一级反渗透高压泵３套，单台流量Ｑ＝１１５ｍ３／ｈ，扬程Ｈ＝１２０ｍ，该泵采用变频电机。通过反渗透高压泵的变频调速，使开机时反渗透膜进水压力缓慢升高，以及停机时进水压力缓慢降低，避免对膜的突然冲击以及产生管路系统的水锤等不利影响。在一级反渗透装置停运时，用产品水自动冲洗，排挤膜和不锈钢管道中高含总固体含量（ＴＤＳ）的水，使停运膜完全浸泡在淡水中，可以防止膜的自然渗透造成的膜损伤，因此系统中设一级反渗透冲洗泵２套（１用１备，单台泵Ｑ＝１１５ｍ３／ｈ，Ｈ＝２０ｍ）。反渗透系统开机和停机时，利用反渗透产水对反渗透膜进行正冲洗，排出系统内浓水，避免膜内结垢。在长期的运行过程中，反渗透膜面上会积累污染物。从而使装置的性能（产水量和脱盐率）下降，组件进出口压差升高。为此，除日常启停装置前，进行低压冲洗外，还需进行定期化学清洗。３．３．２ 二级反渗透装置二级反渗透装置共２套，每套产水量４０ｍ３／ｈ，并联运行。膜运行通量为３０～３２．６Ｌ／（ｍ２·ｈ），设计回收率８５％，可通过调节反渗透产水侧和浓水侧的流量比调节反渗透的回收率（８０％～８５％）。二级反渗透装置前设保安过滤器２套，单套处理能力Ｑ＝５０ｍ３／ｈ，过滤精度５μｍ，进出水最大压差０．０５ＭＰａ。二级ＲＯ高压泵２台，单台Ｑ＝５０ｍ３／ｈ，Ｈ＝１００ｍ，该泵采用变频电机［２］。通过反渗透高压泵的变频调速，使开机时反渗透膜进水压力缓慢升高，以及停机时进水压力缓慢降低，避免对膜的突然冲击以及产生管路系统的水锤等不利影响。
４ 效果与建议
该冷轧厂脱盐水采用全膜分离技术法，即预处理－超滤－两级反渗透制取工艺，目前已经投入运行，经实践证明，该处理工艺流程较简单、用地省、可操作性强、自动化程度高、实施简单。为该冷轧厂各机组脱盐水用户提供安全、可靠的脱盐水。该脱盐水系统各项装置的产水水质如表３所示。通过对本系统调试运行过程中问题的总结，提出以下几点建议：（１）由于脱盐水系统中各个泵组都是精确度要求较高的小流量泵，泵叶轮密封圈和泵盖之间的空隙较小，叶轮密封圈较容易被水中细小杂质颗粒（尤其是金属焊渣颗粒）损坏，建议各泵吸口设置管道过滤器，防止运行初期池中的杂质颗粒损坏水泵，影响系统的正常运行。（２）一级反渗透产水水质为弱酸性，ｐＨ平均为６．５，如果一级反渗透产水直接送至用户，则需要加碱调节水质ｐＨ为中性，宜加饱和氨水。（３）反渗透装置投加阻垢剂及还原剂时，建议每套反渗透装置单独投加，可以准确控制每套设备药剂的投加量。（４）反渗透膜容易被氧化，建议在反渗透湖南职称产水中增设具有在线显示的氧化还原电位检测仪，并最好和还原剂投加装置联锁，准确调节还原剂的投加量，防止反渗透膜被氧化。
作者：袁德玉 单位：中冶南方工程技术有限公司
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