随着我国工业的快速发展，水资源短缺一直是影响我国各地区工业发展的关键问题。而对于用水量很大的钢铁企业来说，加强工业污水的综合处理回用力度，减少水资源的消耗量，推广污水资源化利用势在必行。采用双膜脱盐技术对工业废水进行回收利用来满足钢铁厂对脱盐水的补水需求已经受到众多钢铁企业的重视和肯定^〔1〕。

笔者针对河北省某钢铁厂循环水排污水深度处理工程实例，介绍了除硬+超滤（UF）/反渗透（RO）双膜法处理工艺，通过监测系统连续运行情况，考察工程运行效果，并对该技术进行了经济分析。

原水为循环水排污水，原水及出水水质情况见表 1。

由表 1可知，原水中电导率、碱度、硬度和浊度都较高，其中主要碱度为HCO₃^-，主要硬度为钙硬。排污水再利用需进行脱盐深度处理，现阶段脱盐深度处理主流工艺为双膜工艺。然而较高的硬度和浊度会导致后续双膜系统严重的结垢性污堵，所以本工程需进行除硬除浊预处理。为减少固废外排泥量，本工程选用水质软化效果更好的NaOH软化法进行除硬处理^〔2〕。通过投加NaOH与HCO₃^-反应生成CO₃^2-，可将Ca²⁺和Mg²⁺去除，生成CaCO₃和Mg（OH）₂沉淀，同时以碳酸钠作为备用投加药剂，用以补充CO₃^2-。

深度回用处理工艺流程见图 1。

由图 1可知，来水经过一体化除硬装置通过加药沉淀去除硬度及浊度，再经过多介质过滤器和UF工艺去除悬浮物和胶体等物质，最后通过RO脱盐处理后进行回用，浓水收集部分用于过滤器反洗，剩余浓水用于钢厂冲渣，其中UF反洗水回流至原水池，本工程水处理流程无外排废水，已达到水资源循环利用及节水的目的。系统总进水量为100 m³/h，最终产水67 m³/h，出水回用于钢厂脱盐水或循环水补水，回收率可高达67%，水资源的重复利用率达100%。

本系统一体化除硬装置为天津海化环境工程有限公司设计生产，设备整体为碳钢材质。一体化除硬装置作为本系统除硬的核心，主要由药剂反应池、高效反应沉淀区和全自动过滤区组合而成。整套装置可实现全自动运行，包含加药、沉淀、过滤、排污、反洗等多个程序。沉淀区设计滤速为8.5 m/h，总停留时间可达120 min，设备外形尺寸（长×宽×高）为：16 000 mm×3 000 mm×4 600 mm。来水先经过一级管道混合器（投入NaOH），经混合后的水进入钙镁反应器搅拌反应后由泵送入二级管道混合器（投入PAM或PAC），混凝后的水依次经过高效反应沉淀区和全自动过滤区，使出水SS小于5 mg/L，整套除硬装置自耗水率低，约在3%左右。

来水经过多介质过滤器处理，进一步去除水中悬浮物、有机物及胶体杂质。本系统设置3台（2用1备），罐体直径为2 800 mm，设计运行滤速和单台出水量分别为8 m/h和50 m³/h。罐体分层填充高度为200 mm的粗石英砂（粒径为1~2 mm）、600 mm的细石英砂（粒径为0.5~1.2 mm）和400 mm的无烟煤（粒径为1~2 mm）。过滤器过滤精度在20 μm以下，过滤器每运行一段时间后滤料截污能力就有所降低，此时需要进行反洗操作。本工程多介质过滤器设置每运行20 h进行1次反洗操作。

本工程设置1套UF单元，回收率为90%，设计出水量为90 m³/h。UF装置采用40支50 m²膜元件，膜型号为UFO8060，为天津海化环境工程有限公司生产的PVDF中空纤维膜，膜运行通量≤45 L/（m²·h）。UF前端配置1台100 μm精度的自清洗过滤器。UF系统设计为手动/自动控制模式，运行进水压力为0.08~0.12 MPa，反洗进水压力为0.12~0.15 MPa，并且为控制UF膜污染进度，系统设置每运行40 min进行1次气水联合反洗，每天进行1次药反洗。

本系统设置1套RO装置，设计出水量为67 m³/h，回收率为75%。膜元件选用陶氏宽流道的聚酰胺复合膜，膜型号为BW30-400，膜平均通量≤20 L/（m²·h）。配置96根RO膜组件，分别装在16根膜壳内，设置一级两段，成11∶5排列。为避免杂质颗粒损伤RO膜，高压泵前端设置1台5 μm大流量滤芯保安过滤器，定期更换滤芯。RO膜作为脱盐系统的核心，膜污染问题不可避免，合理的药剂投加可减缓膜污染过程^〔3〕。为保证膜的运行性能，需解决来水余氯、微生物滋生及膜结垢问题，故在膜进水前端投加阻垢剂、还原剂和非氧化性杀菌剂3种药剂。

对比分析原水与除硬装置出水的硬度和Ca²⁺，以考察一体化除硬装置的除硬效果，结果见图 2。

由图 2可知，硬度和Ca²⁺的去除效果随运行时间的增加而逐渐趋于平缓，随着系统调试趋于稳定，除硬装置出水效果越来越好。来水中钙硬占主要硬度，硬度和Ca²⁺分别为800 mg/L和420 mg/L左右。运行后期，现场测试出水浊度小于5 NTU，由此可见，一体化除硬装置去除浊度和悬浮物的效果较好。同时监测后期出水中硬度和Ca²⁺发现，基本保持在300 mg/L和100 mg/L左右，说明系统对硬度和Ca²⁺具有很好的截留效果，硬度和Ca²⁺去除率可分别达到62.5%和76.2%。该单元运行稳定，且稳定的出水水质才可以保证后续双膜系统的长周期运行。

对系统连续监测取均值后，出水水质指标见表 2。

UF和RO工艺作为双膜工艺的核心，是系统净化水质的关键，其中UF装置对浊度的去除效果显著，浊度去除率为87.5%；RO出水电导率＜30 μS/cm，Cl^-＜4.8 mg/L，电导率和Cl^-的去除率分别达到97.8%和95.1%，产水指标优于产水限值，满足钢厂脱盐水或循环水补水要求。

UF进水量、产水量和回收率的变化情况见图 3。

由图 3可知，UF平均进水量为97 m³/h左右，产水量稳定在88 m³/h左右，回收率与设计相符，现场测试出水水质较好，产水浊度＜0.5 NTU，且连续监测污染指数（SDI）＜3。分析原因，UF膜在压力差驱动下的运行过程中，微粒和溶质不断地在UF膜表面覆盖和阻塞膜孔，进而形成膜污染，使UF产水通量降低，为保证UF膜连续稳定的运行，适时进行气水反冲洗和加药清洗，可以降低膜元件的污染，恢复膜性能。研究发现UF在运行初期，UF膜产水量基本维持不变，这是因为UF系统定时的通量维护措施（CEB）能够有效去除吸附在膜表面的污染物，然而随着系统的长时间运行，膜污堵严重，产水量降低已不能满足后续反渗透供水需求时，此时部分膜表面污垢已经不能通过CEB彻底清除，需要进行化学清洗或离线清洗。

通过对运行压强的监测，可衡量RO系统运行效果。RO进水、段间、浓水压强及产水量的变化情况见图 4。

由图 4可知，随着时间的推移，为保证RO产水量稳定，进水压强、浓水压强和段间压强均呈缓慢上升的趋势，进水压强由0.8 MPa上升至0.95 MPa，浓水压强由0.6 MPa上升至0.73 MPa，段间压强由0.7 MPa上升至0.84 MPa。双膜系统经过连续长期运行后，有机物、微生物、无机盐会在膜表面累积，RO的部分膜孔堵塞，出现膜污染使产水膜通量减小，此时可通过适当地提高进水压强来恢复系统原有的产水量及水质。当进水压强持续上升达到1.5 MPa后，此时膜污堵比较严重，需要对RO系统进行化学清洗或离线清洗以恢复原有产水量和产水水质。

本工程处理量为100 t/h，年运行时间为8 000 h，运行成本分析见表 3。

由表 3可知，工程日常运行所需的电费、药剂费、膜和滤芯更换费用、人工费、维修费分别为1.627、1.25、0.014、0.137、0.063元/t，合计吨水处理成本约3.09元，其中电费及药剂费用占比例较大。循环水排污水经过处理并回用后，每年减少约80万t的废水排放量，同时中水回用又节约了自来水费用和蒸汽费用。

通过系统连续运行结果表明：采用除硬+双膜法技术处理钢铁厂循环水排污水，系统运行良好稳定，系统总回收率达到67%，其中一体化除硬装置对硬度的去除率为62.5%，UF除浊效果显著，RO对电导率和Cl^-的去除率分别为97.8%和95.1%，系统产水水质完全满足钢厂脱盐水或循环水的补水要求，整套系统运行成本约为3.09元/t。本工程可减少约80万t/a的外排废水，实现了循环水排污水再利用的目的，经济和环境效益明显。