保安过滤器在中水除盐工艺的应用及优化.pdf

2024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER保安过滤器在中水除盐工艺的应用及优化郭伯娇，净晓星，王保霞，郭家欢（北京首钢股份有限公司，河北迁安 064404）【摘要】保安过滤器成熟应用于中水除盐工艺中，在除盐水生产系统和反渗透膜清洗系统中，发挥着极其重要的作用。在研究掌握保安过滤器的基本工艺、设备运行参数基础上，创新提出一种保安过滤器次氯酸钠在线杀菌冲洗方法，有效抑制保安过滤器内部滋生细菌，避免引发或加重反渗透系统微生物污染。对保安过滤器存在的设计缺陷和安全隐患进行优化改进，使其安全可靠运行。【关键词】保安过滤器；滤芯；反渗透膜；杀菌【中图分类号】X703 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）02-0060-04 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Application and Optimization of Security Filters in the Desalination Process of Recycled WaterGUO Bojiao，JING Xiaoxing,WANG Baoxia,GUO Jiahuan(Beijing Shougang Qianan Iron and Steel Co.,Ltd.,Qianan,Hebei 064404,China)【Abstract】Security filters are maturely used in water desalination process,mainly in desalinated water production system and reverse osmosis membrane cleaning system,which play an extremely important role.On the basis of researching and mastering the basic process of security filter and equipment operation parameters,a security filter sodium hypochlorite on-line sterilization and flushing method is innovatively proposed to effectively inhibit the growth of bacteria inside the security filter and avoid triggering or aggravating the microbial contamination of reverse osmosis system.Aiming at the design defects and safety hazards existing in the security filter,optimization and improvement are made to make it operate more safely and reliably.【Keywords】security filter;filter cartridge;reverse osmosis membrane;sterilization前言保安过滤器是一种中水处理设备，又称作精密过滤器。筒体外壳一般采用不锈钢材质，内部采用PP熔喷、线烧、折叠、钛滤芯、活性炭滤芯等管状滤芯作为过滤元件。根据不同的过滤介质及设计工艺，选择不同的过滤孔径元件，以达到预期出水水质要求。保安过滤器体型较小，过滤精度高，滤芯孔径均匀，过滤阻力小，截污能力强，运行费用低，易于清洗和更换。基于这些优点，保安过滤器在中水除盐工艺中得到广泛应用。11 保安过滤器的应用工艺某大型钢铁企业回收厂区排放的生产污废水、生活污水，汇集到污水处理站，经污水一级、二级处理后的再生水符合工业用水水质标准。在对回用水进行中水深度处理的过程中，采用超滤加反渗透双膜处理工艺，设计并运行了一级反渗透、二级反渗透两级处理系统。保安过滤器在此处理系统中主要用于一、二级反渗透生产工艺和一、二级反渗透单套装置清洗工艺。1.1 一级反渗透生产工艺一级反渗透生产工艺流程示意图见图1。污水处理站产出供应的回用水，首先进入多介质过滤器系统，主要用于去除原水中的悬浮物质和胶体。然后通过超滤供水泵，进入超滤系统，超滤膜的过滤孔径是0.1 m，主要用于去除水中的较小胶体颗粒物、铁锈、大分子有机物等。超滤产水由反渗透供水泵进入保安过滤器，保安过滤器滤芯的过滤孔径为 5 m，其作用是进一步对超滤产水进行精密过滤，截留水中、储水池内以及管路中可能存在的对反渗透膜产生伤害的细小颗粒物、微小杂质、胶体、铁锈、沉淀物质等，确保后续的反渗透系统安全稳定运行，同时为反渗透系统提供安全可靠的进水水质和进水水压2。经过保安过滤器过滤的水，再通过反渗透高压泵进入一级反渗透系统，经过反渗透膜分离处理，产出一级除盐水和一级浓盐水。一级除盐水进入除盐水池，经除盐水泵供给除盐水管网，输送至各用户端；一级浓盐水则进入二级反渗透系统继续进行浓缩除盐和分离处理。1.2 二级反渗透生产工艺二级反渗透生产工艺流程示意图见图2。保安过滤器的应用原理、工艺环节及发挥的作用都与一级反渗透生产工艺相同，不同的是处理的水质。二级反渗透系统的原水是经一级反渗透系统浓缩并排放的浓盐水，其水质更复杂，含盐量更高，处理难度也更大。为保护二级反渗透膜系统持久、安全、可靠运行，保安过滤器发挥的效用是非常大的，它的设置与运行必不可少。1.3 反渗透清洗工艺反渗透清洗工艺流程示意图见图3。反渗透清洗工艺适用于单套的一级反渗透装置和二级反渗透装置。反渗透装置运行时，在预处理过程中会尽可能去除进水中含有的悬浮物质、溶解物质、微生物、有机物等，但仍不能避免膜污染和膜堵塞情况。回用水 多介质过滤器 超滤供水池 超滤系统 除 盐 水反渗透膜系统 保安过滤器 反渗透供水池 还原剂 阻垢剂 盐 酸 一级浓盐水 图1 一级反渗透生产工艺流程示意图图2 二级反渗透生产工艺流程示意图 清洗罐 反渗透冲洗水泵 清洗罐进水阀 反渗透清洗水泵 清洗保安过滤器 至反渗透装置 加药泵 2 加药泵 1 反渗透清洗回流 冲洗进水阀 图3 反渗透清洗工艺流程示意图602024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER物、铁锈、大分子有机物等。超滤产水由反渗透供水泵进入保安过滤器，保安过滤器滤芯的过滤孔径为 5 m，其作用是进一步对超滤产水进行精密过滤，截留水中、储水池内以及管路中可能存在的对反渗透膜产生伤害的细小颗粒物、微小杂质、胶体、铁锈、沉淀物质等，确保后续的反渗透系统安全稳定运行，同时为反渗透系统提供安全可靠的进水水质和进水水压2。经过保安过滤器过滤的水，再通过反渗透高压泵进入一级反渗透系统，经过反渗透膜分离处理，产出一级除盐水和一级浓盐水。一级除盐水进入除盐水池，经除盐水泵供给除盐水管网，输送至各用户端；一级浓盐水则进入二级反渗透系统继续进行浓缩除盐和分离处理。1.2 二级反渗透生产工艺二级反渗透生产工艺流程示意图见图2。保安过滤器的应用原理、工艺环节及发挥的作用都与一级反渗透生产工艺相同，不同的是处理的水质。二级反渗透系统的原水是经一级反渗透系统浓缩并排放的浓盐水，其水质更复杂，含盐量更高，处理难度也更大。为保护二级反渗透膜系统持久、安全、可靠运行，保安过滤器发挥的效用是非常大的，它的设置与运行必不可少。1.3 反渗透清洗工艺反渗透清洗工艺流程示意图见图3。反渗透清洗工艺适用于单套的一级反渗透装置和二级反渗透装置。反渗透装置运行时，在预处理过程中会尽可能去除进水中含有的悬浮物质、溶解物质、微生物、有机物等，但仍不能避免膜污染和膜堵塞情况。回用水 多介质过滤器 超滤供水池 超滤系统 除 盐 水反渗透膜系统 保安过滤器 反渗透供水池 还原剂 阻垢剂 盐 酸 一级浓盐水 图1 一级反渗透生产工艺流程示意图图2 二级反渗透生产工艺流程示意图 清洗罐 反渗透冲洗水泵 清洗罐进水阀 反渗透清洗水泵 清洗保安过滤器 至反渗透装置 加药泵 2 加药泵 1 反渗透清洗回流 冲洗进水阀 图3 反渗透清洗工艺流程示意图612024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER因此，需要通过清洗来恢复单套膜装置中膜元件的性能。清洗的方式一般有两种，物理清洗和化学清洗。物理清洗是不改变污染物的性质，利用水流的冲刷力使污染物排出在膜元件之外。在图3清洗工艺中，反渗透冲洗水泵取自除盐水池，即反渗透系统的最终产水通过冲洗进水阀，经反渗透清洗系统的清洗保安过滤器，进入反渗透单套装置，冲洗水通过单套装置的产水排放阀和浓水排放阀排放，达到物理清洗的效果，冲洗时间一般持续1030 min。化学清洗则是使用相应的化学药剂，与除盐水以合适的配比一并加入清洗罐内，充分搅拌均匀后，经反渗透清洗水泵进入清洗保安过滤器，再进入清洗模式下的单套反渗透装置。清洗液进入单套反渗透装置后，通过单套反渗透装置的产水侧回流阀、浓水侧回流阀、清洗罐顶的回流阀，又返回到清洗罐内，继续由反渗透清洗水泵输送至反渗透膜装置中，周而复始，循环清洗，一般持续 1224 h。根据反渗透膜装置的进水压力、运行压差、产水量、脱盐率等具体运行数据来确定和调整清洗时间。在物理清洗和化学清洗的过程中，都离不开清洗保安过滤器对单套反渗透装置的保护。工业反渗透膜价格昂贵，并且是整个中水除盐工艺的核心设备，清洗不当或保护措施不到位，有可能引起膜老化、膜堵塞、膜污染、膜衰变等情况。清洗保安过滤器的设置和运行可以有效保障单套反渗透装置在清洗过程中的安全。2 保安过滤器基本参数及日常操作为便于维护和管理，在反渗透生产系统与清洗系统中，所采用的保安过滤器的规格、滤芯材质、型号、数量、种类都是一致的。滤芯材质为聚丙烯纤维，密封垫圈材质为聚丙橡胶，内支撑、端盖、网笼均为聚丙烯材质，筒体为不锈钢材质，排气管为PVC 材质，过滤量为 100300 m3/h，过滤精度为 5 m，单套滤芯数量100根。一级反渗透系统设置5套反渗透装置，二级反渗透系统设置3套反渗透装置，每套反渗透装置配备1台保安过滤器。一级、二级反渗透清洗系统中各配备1台清洗保安过滤器。运行初始压差为030.04 MPa，进水水温范围为560，更换压差为0.150.20 MPa。保安过滤器压差损失达到固定值时就需要清洗或更换滤芯来恢复工作效能。保安过滤器滤芯的更换周期取决于前端进水水质、投加药剂、过滤器清洗效果和岗位人员操作水平等多方因素，通常更换周期为 36个月。保安过滤器滤芯在运行中，发生堵塞和污染是必然的，一旦滤芯发生严重的污染堵塞，最直接的后果是导致滤芯使用寿命大大缩短，更严重的后果是影响下一工序反渗透装置的进水水质和进水压力，从而导致整个反渗透系统产水水质和产水水量的波动，因此保安过滤器滤芯需严格按期检查或更换。3 一种创新的保安过滤器浸泡冲洗方法为了尽可能延长保安过滤器滤芯使用寿命和运行周期，保证过滤效果，同时防止微生物、细菌等沿着滤芯、管道等处滋生繁殖，引发或加重反渗透膜微生物污染，对保安过滤器采取一种在线杀菌冲洗方法，即定期用次氯酸钠药液浸泡并冲洗保安过滤器内部及滤芯。3操作方法如图4所示。（1）首先将待冲洗的保安过滤器备用，再关闭保安过滤器进水阀和出水阀，打开保安过滤器顶端排气阀和底部泄空阀，在保安过滤器中的水排空后关闭底部泄空阀。（2）在加药箱中配置浓度为 500800 mg/L 的图4 保安过滤器浸泡冲洗方法示意图622024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER次氯酸钠清洗液。（3）打开保安过滤器进液阀，准备向保安过滤器内投加配置好的次氯酸钠清洗液。（4）开启次氯酸钠计量泵，直至保安过滤器内充满次氯酸钠清洗液，关闭保安过滤器进液阀和顶端排气阀。（5）保安过滤器静置浸泡1 h后，打开保安过滤器底部泄空阀和顶端排气阀，将过滤器内的次氯酸钠清洗液排空。（6）打开保安过滤器进水阀，利用反渗透供水池液位的重力及水压作用，使水持续进入保安过滤器进水管路，并分别从过滤罐顶部排气阀、底部泄空阀持续排出，直至检测水中余氯值合格，冲洗时间约30 min。（7）关闭保安过滤器底部泄空阀，确认保安过滤器内部空气排净后，缓慢关闭顶部排气阀，打开保安过滤器产水阀门，保安过滤器杀菌冲洗操作结束。此时，根据反渗透供水池、产水池液位及除盐水供应情况，选择是否投运设备。4 现场设施优化改进保安过滤器更换滤芯、杀菌冲洗、开盖检修等工作均为常规作业，操作较为频繁，在这些操作过程中，保安过滤器的设计缺陷和安全隐患也随之逐渐暴露出来。遇有操作或检修时，保安过滤器需要关闭进、出口阀门，现场设置的进、出口两道阀门均为DN200 手动蝶阀，在储水池水压及阀门应力作用下，阀门开关过程中费时费力，频繁操作情况下阀门损耗大，极易发生卡顿、不灵活、开关不严密等故障，同时频繁手动开关阀门，也增加了操作人员的工作量。保安过滤器排气管及底部泄空管为PVC材质，属低承压管路。当保安过滤器由备用转运行时，若过滤罐内管道存气或水泵运行过程中有气体进入，极易引起过滤器内部发生憋压现象，导致内部压力瞬时升高。曾经因此引发顶端排气管及底部泄空管崩裂，过滤罐内水流喷涌而出，存在设备和人员安全隐患以及环境风险。针对上述问题，进行了以下优化改进。（1）将保安过滤器原进、出口手动蝶阀改为电动阀门，当需要操作保安过滤器进、出口阀门时，仅需在现场机旁操作箱上操作控制按钮，操作更简单便捷，且安全可靠。（2）对顶端排气管路进行优化改进。原顶端排气管路上，仅设有一个PVC材质的手动球阀，管路直接排地。经改进后，在保安过滤器顶部加装一根DN50管路，在管路上安装一个不锈钢材质的自动排气阀。过滤器在启动初期或运行过程中，如有残余气体未排出，排气阀会自动进行排气，减少了人工操作环节，保障了操作人员和设备安全。（3）将排气管材质由PVC改为不锈钢，可有效减少因保安过滤器憋压造成的排气管崩裂现象。过滤器内部发生憋压或自动排气阀故障时，罐内压力会从管路接口、法兰连接处、螺丝螺母松动部位、密封胶圈等薄弱点位泄出。改为不锈钢材质后会引发不同程度的喷溅、滴漏等异常情况，应完善自动化压力报警程序、加强现场巡检，并密切关注保安过滤器进出水压、压差以及反渗透进水压力等参数。5 结语保安过滤器虽然只是一种简单、小型的中水处理设备，但它的应用是十分广泛而成熟的，不仅能够在生产运行中有效保护反渗透系统，过滤细小杂质、胶体颗粒物等，还能在反渗透清洗维护中发挥重要作用。在日常工作中，中水处理从业人员应充分了解和掌握保安过滤器的应用工艺、日常维护和基本参数，创新使用和改良保安过滤器，采用次氯酸钠杀菌冲洗保安过滤器就是一个很好的示例。参 考 文 献 1 苏伊士水务工程有限责任公司.得利满水处理手册 M.北京：化学工业出版社，2020.2 周本省.工业水处理技术 M.北京：化学工业出版社，2003.3 笱成柳，吕闯.天生桥换流站反渗透装置保安过滤器滤芯堵塞研究 J.科技创新与应用，2017（9）：85-88.收稿日期：2023-11-29作者简介：郭伯娇（1985-），大学本科，环境保护工程师，从事钢铁企业废水处理与回用等技术工作。63