面向钢铁厂污水深度处理的压力式pvdf膜组件应用案例分析。
闫瑞新1，张立新1，李克岗1，王大新2，郭齐2
1. 唐山国丰钢铁****，河北省唐山市 063300；2. 北京赛诺膜技术****，北京 100083）
摘要：采用赛诺膜公司压力式pvdf膜组件smt600-p30替换原系统中运行两年的memcor公司膜组件l20v，对唐山国丰钢铁厂污水进行深度处理。通过对运行数据的采集分析表明，该系统运行稳定，跨膜压差在25~35kpa，产水浊度小于0.
05ntu，sdi小于3，连续四个多月未进行化学清洗（cip）。现场水样分析结果表明，pvdf膜组件对toc去除率高达60%，能有效保护后续反渗透（ro）系统的长期稳定运行。
关键词： pvdf；压力式膜组件；污水回用；跨膜压差。
1项目背景。
断丝等现象，导致超滤系统产水sdi在5以上，直接造成了后续反渗透系统的污染，使得反渗透系统的化学清洗周期缩短到约一个月一次，造成反渗透膜脱盐率衰减，影响产水水质。用户最初采用修补的办法解决密封胶开裂问题，但是修补后的膜元件在投入使用以后再次出现密封胶开裂现象，使用周期很短。
北京赛诺膜技术****在了解详细情况后分析导致密封胶开裂的主要原因是：1. 膜丝与密封胶粘接强度较差。
现场使用的memcor组件经过解剖分析发现，膜丝很容易与密封胶剥离。2. 工艺中设计的反洗方法容易产生气锤，造成密封胶开裂。
由于反渗透系统过于频繁的化学清洗，导致系统脱盐率大幅下降，已很难满足后续生产用水的需求，国丰钢铁公司已经决定于2023年采购一批新的反渗透膜更换现有的脱盐率较差的膜元件。但是，如果不能彻底解决超滤系统产水水质较差的问题，则无法保证新换上的反渗透膜正常运行。其他公司提出的解决方案均是放弃原有的memcor系统，重新设计和施工建设新的系统。
这样不仅工程时间长，而且投资巨大。赛诺膜公司从用户的角度出发，提出了工程时间最短、成本最低的解决方案，即根据memcor膜系统现有条件，为国丰钢铁公司定制了压力式pvdf膜组件smt600-p30，可以替换原系统中运行两年的memcor公司膜组件l20v，本文对替换后的系统运行数据进行了汇总分析，不仅考察了跨膜压差随运行时间的变化关系，而且研究了p30膜组件对污染物的去除效果和膜系统产水水质变化，最后总结出该案例的成功运行经验。
2压力式pvdf膜组件特点与系统配置。
2.1 压力式pvdf膜组件。
北京赛诺膜技术****生产的pvdf中空纤维膜是在国家 863和 973计划支持下，由清华大学化工系王晓琳教授为课题组组长，经过近10年研发而取得的拥有自主知识产权的专利成果。该产品采用热致相分离（tips）法制膜，膜的结构为均质的海绵体，性能表现为强度高，拉伸率大，耐化学药剂能力强。
赛诺膜为国丰钢铁订制的smt600-p30膜组件采用环氧树脂密封胶，粘接性能好，耐药剂能力强，经过9个月的现场试验表明，完全适用于国丰钢铁现有的工艺系统和进水条件。表1给出了smt600-p30膜组件的性能参数。
表1 smt600-p30膜组件性能参数。
2.2 系统配置与工艺流程。
国丰钢铁公司采用双膜法（uf+ro）对污水进行深度处理，然后经混床树脂进一步去除离子后回用做锅炉补给水。其中超滤系统采用memcor公司的l20v膜组件，共4套，每套162支。其中1号膜堆更换为赛诺膜公司生产的smt600-p30膜组件，产水量恒定，最初为200 m3/h，4月份提高到245 m3/h。
系统运行控制步续与原memcor膜系统保持一致，运行周期为30 min，包括27 min的制水和3 min的物理清洗（空气擦洗、反洗与正冲）。每100个过滤周期进行一次维护性清洗（mw），由于原系统对维护性清洗药剂ph要求不能超过10.5，因此赛诺膜公司技术工程师定期到现场为客户进行手动的化学加强反洗（ceb），将清洗药剂ph提高到11.
5。3运行数据分析。
3.1 影响压力式pvdf膜组件运行性能的因素。
图1给出了产品运行期间总的系统产水量随时间的变化关系。在产水量恒定的前提下，跨膜压差（tmp）随运行时间的变化可以直接反应pvdf压力式膜组件的使用性能，但是原水水温对tmp的影响较大，主要是由于水温的变化会引起水粘度的变化，通常水温越低，水的粘度越大，因此tmp也会增高，图2给出了产品运行期间原水温度随时间的变化。为了在相同的基准下考察膜性能的变化，可以将tmp进行温度校正，一般校正到室温25℃，称为标准化跨膜压差（normtmp）。
图3给出了标准化以后的跨膜压差随运行时间的变化关系。可以看出，在这四个多月的连续运行过程中，去除温度影响以后的跨膜压差稳定在25~35kpa左右，期间一共进行了五次手动化学加强反洗（ceb），每次ceb以后，跨膜压差均恢复到20kpa左右的初始运行状态。
图1 系统产水量随运行时间的变化关系。
图2 原水温度随运行时间的变化。
图3 标准化跨膜压差随运行时间的变化关系。
通过长时间运行数据分析发现，原系统的运行步续中的反洗基本没有什么效果，维护性清洗（mw）也只能小幅度的降低tmp。赛诺膜公司技术工程师在现场通过手动方式尝试几次提高流量的反洗，可以很好的减缓tmp增长速度。并且通过化学加强反洗（ceb）可以将膜组件的tmp恢复到初始运行状态，效果十分明显。
因此建议国丰钢铁公司对现有的工艺系统进行改进，调整后的工艺不仅可以延长维护性清洗的周期，减少药剂消耗，提高**率，而且可以提高系统的现有产水量约10%以上。
3.2 压力式pvdf膜组件对污染物的去除效果。
图4 产水浊度随运行时间的变化关系。
图5 运行期间的产水sdi数值变化。
表征超微滤膜产水水质的主要指标包括产水浊度和污泥密度指数（sdi），图4给出了产水浊度随运行时间的变化关系，图5给出了运行期间随机测量的p30膜系统产水sdi数据变化，可以看出，smt600-p30膜系统产水浊度始终小于0.05ntu，随机测量的sdi值均小于3，说明该膜堆产水水质稳定，完全满足后续反渗透（ro）的进水要求。运行期间随机抽取的原水和膜系统产水进行toc含量分析，表2中给出了原水和膜系统产水toc含量分析结果，可以看出p30膜组件对污水中有机物的去除率高达60%以上。
表2 原水和p30膜系统产水toc含量。
3.3 经济分析。
采用压力式pvdf膜组件p30对钢铁厂污水进行深度处理，产水浊度被降低到0.05ntu以下，并且可以耐受原水水质波动的冲击，对水中的有机物去除率高达60%，有效保护后续的反渗透膜系统，延长清洗周期，减少药剂消耗，可以提高反渗透膜的使用寿命。跨膜压差维持在25~35kpa，系统产水量从最初的200 m3/h增加到245 m3/h，显著降低了国丰钢铁公司的吨水成本。
并且与国外进口产品相比较，国内产品**具有明显优势，可以显著降低用户的固定投资成本。
4结论。采用赛诺膜公司压力式pvdf膜组件smt600-p30替换原系统中运行两年的memcor公司膜组件l20v，对唐山国丰钢铁厂污水进行深度处理。通过对运行数据的采集分析表明，该系统运行稳定，跨膜压差在25~35kpa，当产水量增加约25%时，跨膜压差维持在35~45kpa。
产水浊度小于0.05ntu，sdi小于3，连续四个多月未进行化学清洗（cip）。现场水样分析结果表明，pvdf膜组件对toc去除率高达60%，能有效保护后续反渗透（ro）系统的长期稳定运行。
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