超濾膜分離技術(shù)在煉油廢水深度處理中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 前言
近些年隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化的進(jìn)程，大量的工業(yè)和生活污染物排放到環(huán)境中，給水體帶來(lái)越來(lái)越嚴(yán)重的污染。惡化的水質(zhì)危及工業(yè)生產(chǎn)和人們的健康，增加了整個(gè)社會(huì)獲取水資源的成本。目前水資源短缺已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。為此在各個(gè)領(lǐng)域，特別是高耗水的冶金、石化、電力等行業(yè)廣泛開(kāi)展了節(jié)水工作。除了通過(guò)提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)、選擇低耗水工藝等方式節(jié)約用水外，還努力開(kāi)辟新水源，污水資源回用即是其中一項(xiàng)主要內(nèi)容。
污水回用中遇到的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題是水源水質(zhì)復(fù)雜，處理難度大。依靠傳統(tǒng)的混凝、沉淀、過(guò)濾等工藝往往不能高效地去除污染物，將廢水變成滿(mǎn)足使用要求的凈水。這些需求大大促進(jìn)了新技術(shù)的應(yīng)用和成熟——這就是膜分離技術(shù)。
某石化公司擬建一套污水回用處理系統(tǒng)，對(duì)經(jīng)過(guò)二級(jí)生化處理的外排工業(yè)污水進(jìn)行深度處理后，作為該公司化工廠鍋爐補(bǔ)給水。針對(duì)業(yè)主要求、工程條件和小型試驗(yàn)結(jié)果，歐美環(huán)境工程有限公司提出了以超濾加反滲透為主的工藝方案。并與該石化公司合作，進(jìn)行了中型試驗(yàn)，以驗(yàn)證超濾技術(shù)在此水質(zhì)下作為反滲透預(yù)處理工藝的可靠性。
2 膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)是一大類(lèi)技術(shù)的總稱(chēng)。和水處理有關(guān)的主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透等幾類(lèi)。這些膜分離產(chǎn)品均是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質(zhì)。在壓力驅(qū)動(dòng)下，尺寸較小的物質(zhì)可通過(guò)纖維壁上的微孔到達(dá)膜的另一側(cè)，而尺寸較大的物質(zhì)則不能透過(guò)纖維壁而被截留，從而達(dá)到篩分溶液中不同大小組分的目的。
膜孔徑 | 微濾 (0.05～2.0μm) | 超濾 (0.001～0.1μm) | 納濾 (＜0.02μm) | 反滲透 (＜10?) |
被攔截物 | 細(xì)菌、懸浮物 | 蛋白質(zhì)、病毒 | 殺蟲(chóng)劑、顏料、膠體 | 鹽 |
透過(guò)物 | 蛋白質(zhì)、病毒、鹽、膠體 | 鹽、膠體、殺蟲(chóng)劑 | 部分鹽 |
反滲透主要用來(lái)用來(lái)去除水中溶解的無(wú)機(jī)鹽；而超濾則可以去除病毒、大分子物質(zhì)、膠體等；微濾一般能夠去除水中的細(xì)菌、灰塵，具有很好的除濁效果。這些都是傳統(tǒng)的過(guò)濾（如砂濾、多介質(zhì)過(guò)濾等）無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
因此，使用超濾或者微濾替代傳統(tǒng)的混凝、過(guò)濾，為下游反滲透膜提供極大限度的保護(hù)，成為近些年來(lái)的一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)。其中關(guān)注的要點(diǎn)包括：
（1）超濾/微濾的產(chǎn)水水質(zhì)。
（2）超濾/微濾的抗污堵性能。
（3）經(jīng)濟(jì)性，即投資及運(yùn)行費(fèi)用。
3 中試流程及裝置
根據(jù)該石化廠具體情況，歐美環(huán)境工程公司設(shè)計(jì)了如下的污水回用中試流程：
污水廠出水→加入混凝劑、助凝劑→微絮凝過(guò)濾→超濾→加入阻垢劑→反滲透
試驗(yàn)的目的是確定“微絮凝直接過(guò)濾+超濾+反滲透”工藝流程處理該外排污水的可行性及可靠性。特別是考察超濾的各項(xiàng)性能。
試驗(yàn)裝置緊湊地布置在一個(gè)集裝箱中，包括：
·多介質(zhì)過(guò)濾器1臺(tái)；
·OMEXELL SFP2660超濾膜4支；
·LFC1-400低污染反滲透膜4支；
·相應(yīng)的提升泵、反洗泵、高壓泵、加藥泵數(shù)臺(tái)；
·濁度儀1臺(tái)、SDI儀1臺(tái)；
·在線(xiàn)電導(dǎo)率儀、在線(xiàn)溫度計(jì)、在線(xiàn)流量計(jì)、在線(xiàn)pH計(jì)等。
中試裝置中OMEXELL SFP2660是歐美環(huán)境工程公司引進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)制造的超濾元件。該型號(hào)專(zhuān)為廢水處理和反滲透預(yù)處理而設(shè)計(jì)、制造，采用改性的PVDF材質(zhì)，耐污染、抗氧化。
經(jīng)污水廠二級(jí)生化處理后的外排污水，經(jīng)過(guò)微絮凝直接過(guò)濾去除水中部分的懸浮固體、膠體微粒和大分子有機(jī)物等后，進(jìn)入超濾裝置。經(jīng)過(guò)超濾裝置后水中的細(xì)菌殘?bào)w、膠體微粒、大分子的有機(jī)物被去除。保證出水濁度小于1.0NTU、SDI值小于3（工程方案設(shè)計(jì)參數(shù)），為反滲透裝置的進(jìn)水提供保證。
超濾出水投加還原劑、阻垢劑進(jìn)入反滲透裝置，反滲透膜選用的是LFC1抗污染膜，經(jīng)過(guò)反滲透裝置可去除98%的鹽以及殘余有機(jī)物。
中試中監(jiān)測(cè)了流程各點(diǎn)的濁度、SDI、流量、壓力、水溫、電導(dǎo)率、pH，并進(jìn)行了COD的測(cè)定。
4 試驗(yàn)結(jié)果
7月、9月、10月三次對(duì)原水取樣進(jìn)行了分析，其水質(zhì)基本穩(wěn)定，平均結(jié)果列于下表：
表1：經(jīng)二級(jí)生化處理后煉油廢水水質(zhì)
項(xiàng)目 | 含量（mg/L） | 項(xiàng)目 | 含量（mg/L） | 項(xiàng)目 | 含量（mg/L） |
Na+，K+ | 165.24 | Cl- | 60.71 | 總堿度 | 300 |
Ca2+ | 37.86 | SO42- | 148.65 | 總硬度 | 103.92 |
Mg2+ | 16.73 | HCO3- | 339.10 | pH值 | 8.1 |
總Fe | 0.04 | NO3- | 3.70 | 膠體硅 | ＜0.3 |
NH4+ | 0.62 | CO32- | 0 | 溶解硅 | 1.03 |
Mn2+ | 0.0094 | NO2- | 0.032 | CODcr | 89 |
Ba2+ | 0.024 | F- | ＜0.1 | 異氧菌數(shù) | 4.5×105 |
Sr2+ | 0.18 | 懸浮固體 | 22 | ||
Cu2+ | 0.03 | CODcr（mg/L） | 88 | ||
Al3+ | 0.11 | 濁度（NTU） | 13.7 |
4.1 濁度的去除
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，混凝劑的投加量確定為10mg/L。微絮凝直流過(guò)濾工藝是將混凝與過(guò)濾集為一體，絮凝劑與原水通過(guò)管道混合器混合后直接進(jìn)入深床多介質(zhì)過(guò)濾器，可去除部分的懸浮固體、膠體微粒和藻類(lèi)等。
中試裝置超濾采用的是歐美環(huán)境工程公司的SFP2660超濾膜4支，并聯(lián)運(yùn)行，產(chǎn)水5m3/h（水溫≥5℃時(shí)，每支膜處理量1.25m3/h）。每支膜每30分鐘水反洗一次，反洗時(shí)間1分鐘（包括濃排時(shí)間），反洗水流量2m3/h，每支膜每次反洗用水量0.13m3，SFP超濾回收率達(dá)95%。每12小時(shí)氣洗1次，進(jìn)氣壓力0.1bar。1支反洗時(shí)另3支過(guò)濾、4支膜交替反洗。
原水濁度絕大部分在8～12NTU之間，絮凝過(guò)濾的出水濁度絕大部分在3～6NTU，超濾出水濁度始終小于0.50NTU，完全能滿(mǎn)足RO進(jìn)水對(duì)濁度的要求（RO進(jìn)水濁度要求≤1.0NTU）。
4.2 SDI的降低作用
SDI（污泥密度指數(shù)，或稱(chēng)污染指數(shù)），是反滲透系統(tǒng)中，用來(lái)衡量反滲透進(jìn)水水質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。由于原水水質(zhì)較差，經(jīng)過(guò)直流絮凝后，進(jìn)入超濾的水的五分鐘SDI5仍然無(wú)法檢測(cè)。這也表明了該石化廠污水經(jīng)過(guò)絮凝過(guò)濾后的水質(zhì)不能達(dá)到反滲透進(jìn)水要求。而經(jīng)過(guò)超濾后，中試階段SFP超濾產(chǎn)水的SDI值均小于1，完全滿(mǎn)足RO進(jìn)水要求（RO進(jìn)水要求SDI值小于5）。
4.3 COD的去除
COD是很多工業(yè)用水系統(tǒng)嚴(yán)格控制的指標(biāo)，受到特別的關(guān)注。預(yù)處理系統(tǒng)（微絮凝直流過(guò)濾+超濾）對(duì)COD的去除試驗(yàn)中，原水的CODcr在58.6～90.3mg/L之間，直流絮凝對(duì)CODcr的去除率微27%～54%，超濾對(duì)CODcr去除率為27%～49%，而兩部分合計(jì)去除率為50%～70%。SFP超濾出水CODcr小于32mg/L（CODmn小于9mg/L）。
由于煉油廢水中有機(jī)物與天然水體中有機(jī)物差異較大，其中各種烴類(lèi)及其衍生物較多，因而造成混凝沉淀以及超濾對(duì)其中COD的去除率有限。但超濾產(chǎn)水進(jìn)入反滲透后，在近40天的試驗(yàn)中，分析表明反滲透膜的通量、脫鹽率等重要指標(biāo)均未發(fā)生變化，表明“超濾+反滲透”的工藝在該水質(zhì)條件下是可行的（反滲透系統(tǒng)另文詳述）。
4.4 超濾污堵情況
超濾的產(chǎn)水水質(zhì)是超濾性能的一個(gè)重要方面，另一個(gè)重要方面則是超濾的抗污堵性能。這是超濾在廢水回用領(lǐng)域更重要的一面，直接影響超濾大規(guī)模應(yīng)用的可行性。
試驗(yàn)期間在保持超濾產(chǎn)水量恒定的情況下，記錄了超濾進(jìn)出水的壓差變化。在試驗(yàn)期內(nèi)超濾的進(jìn)水和產(chǎn)水側(cè)之間的壓力降幾乎沒(méi)有明顯的變化。這表明超濾的污堵情況十分輕微。
5 結(jié)論
“微絮凝直流過(guò)濾+超濾+反滲透”工藝的可行性和可靠性能夠滿(mǎn)足該石化廠煉油廢水回用至鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的要求。
超濾出水濁度小于0.5NUT、SDI值小于1、CODcr＜30mg/L（CODmn＜10mg/L），滿(mǎn)足低污染反滲透膜的進(jìn)水水質(zhì)要求。相比于混凝、沉淀、過(guò)濾等常規(guī)預(yù)處理流程，超濾顯示了更佳的除污效果。
試驗(yàn)期間超濾的產(chǎn)水流量無(wú)衰減，其穩(wěn)定性?xún)?yōu)于設(shè)計(jì)性能。相比預(yù)處理流程，超濾系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性。
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