膜法水處理技術(shù)在石化污水回用中的應(yīng)用
1、前言
我國(guó)水資源短缺和水污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻，是世界13個(gè)貧水國(guó)之一，人均占有水量?jī)H為世界人均水平的四分之一，居世界149個(gè)國(guó)家的第110位，屬于水資源短缺的國(guó)家。
石化企業(yè)是一個(gè)用水大戶，近年來(lái)，隨著水資源日益匱乏，水源的供給已經(jīng)成為限制企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)、增產(chǎn)的制約因素。一方面水資源嚴(yán)重短缺，另一方面而工業(yè)用水浪費(fèi)問(wèn)題嚴(yán)重、耗水量大，目前我國(guó)每加工一噸原油的取水量與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有相當(dāng)?shù)牟罹啵庸嵱偷乃牧渴菄?guó)外的近5倍）。
為了緩解水資源短缺，各石化企業(yè)作了兩方面的工作，一是節(jié)約用水，特別是提高工業(yè)用水的利用率；二是尋找新的可利用非傳統(tǒng)水資源（工業(yè)污水、生活污水、海水等），最為可行的途徑是實(shí)現(xiàn)污水回用。
使用非傳統(tǒng)水資源面臨的問(wèn)題是水源水質(zhì)惡化、污染物更加復(fù)雜，常規(guī)的水處理工藝（包括生化處理、混凝、澄清、氣浮、活性炭吸附等）不能高效地去除這些污染物，只能實(shí)現(xiàn)污水的簡(jiǎn)單回用，如沖廁、綠化等，不能實(shí)現(xiàn)真正意義的回用，如代替自來(lái)水、鍋爐用水、工業(yè)工藝用水等。作的最好的也只是回用于循環(huán)水補(bǔ)水。膜法水處理技術(shù)的應(yīng)用可使大部分的工業(yè)污水得到回用。膜分離技術(shù)是近幾年來(lái)發(fā)展迅速的一種高新技術(shù)，具有分離效果好、占地小、操作簡(jiǎn)單、安全環(huán)保優(yōu)點(diǎn)。在石化工業(yè)污水回用的膜深度處理技術(shù)方面，燕山石化公司與相關(guān)單位合作做了大量的試驗(yàn)工作，在此基礎(chǔ)上建成了燕山石化煉油廠410 m3/h的 “超濾+反滲透”膜法回用污水除鹽裝置，將污水經(jīng)除鹽后回用于鍋爐補(bǔ)給水，實(shí)現(xiàn)了真正意義的污水回用。
2、污水回用處理工藝流程
工藝流程如下圖所示，設(shè)計(jì)反滲透產(chǎn)水規(guī)模410m3/h，超濾產(chǎn)水規(guī)模560m3/h。
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燕化煉油事業(yè)部和橡膠事業(yè)部的污水經(jīng)西區(qū)污水站二級(jí)生化、三級(jí)過(guò)濾處理后，進(jìn)入300m3原水罐，再經(jīng)過(guò)原水提升泵進(jìn)入超濾裝置，去除水中的細(xì)菌殘?bào)w、膠體微粒、大分子有機(jī)物等，超濾出水水質(zhì)達(dá)到反滲透裝置的進(jìn)水條件。
超濾出水投加還原劑和阻垢劑經(jīng)高壓泵加壓進(jìn)入反滲透裝置，反滲透裝置主要去除水中99％的溶解鹽類、SiO2膠體等，反滲透產(chǎn)水再入原有離子交換系統(tǒng)進(jìn)一步除鹽后用于鍋爐補(bǔ)給水。
系統(tǒng)采用全自動(dòng)控制，可進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)運(yùn)行方式的切換，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)就地和控制室集中控制兩種操作方式；同時(shí)通過(guò)各類在線儀表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，采用一臺(tái)工控機(jī)作為人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，可打印機(jī)輸出各類報(bào)表。
3、原水水質(zhì)
超濾系統(tǒng)的進(jìn)水是燕化西區(qū)輸送過(guò)來(lái)的回用污水，其水質(zhì)如下表所示。
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4、主要設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)
4.1 超濾裝置
系統(tǒng)設(shè)計(jì)超濾裝置10套，設(shè)計(jì)處理量560m3/h，產(chǎn)水SDI≤3.0，產(chǎn)水濁度≤0.2，自用水率≤5%。系統(tǒng)采用全自動(dòng)控制，10套超濾裝置可同時(shí)運(yùn)行，也可單獨(dú)運(yùn)行，根據(jù)用水量要求靈活投運(yùn)。
在該項(xiàng)目中采用了親水性好、壽命長(zhǎng)、過(guò)濾精度高的OMEXELLTMSFP-2660超濾作為反滲透的前處理，保證了反滲透的可靠運(yùn)行。OMEXELL超濾膜采用聚偏氟乙烯（PVDF）材料，這種含氟高分子材料的突出特點(diǎn)是耐氧化能力很強(qiáng)，允許在運(yùn)行和清洗時(shí)使用較強(qiáng)烈的化學(xué)條件，因而能夠更徹底地去除膜上的污染物，保障膜過(guò)濾系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。
另外，該超濾膜采用了采用不易堵塞的外壓式結(jié)構(gòu)，更適應(yīng)來(lái)水懸浮物含量較高的場(chǎng)合，也使清洗更簡(jiǎn)便、徹底。
OMEXELL超濾膜組件通常以恒流方式運(yùn)行，透膜壓差將隨運(yùn)行時(shí)間逐漸增加，此時(shí)通過(guò)定期的反洗、氣擦洗以及化學(xué)分散清洗等手段，可以清除膜面的濾餅層；而使用殺菌劑則能夠有效地控制微生物繁殖，更徹底的除去膜面污染物。
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回用污水除鹽裝置中使用的膜元件主要技術(shù)參數(shù)如下：
膜元件型號(hào) OMEXELL SFP2660
型式 中空纖維（外壓式）
膜材質(zhì) PVDF
公稱孔徑 0.03μm
膜面積 355ft2 (33m2)
4.2 反滲裝置
系統(tǒng)設(shè)計(jì)反滲透裝置4套，設(shè)計(jì)產(chǎn)水量410m3/h，每套產(chǎn)水103m3/h脫鹽率≥98%，回收率≥75%。
反滲透采用DOW公司的BW30-365FR抗污染膜，一級(jí)二段排列，抗污染反滲透膜且具有親水性，對(duì)有機(jī)物的吸附性小，膜元件和系統(tǒng)運(yùn)行壽命長(zhǎng)，可延長(zhǎng)膜的清洗周期，降低清洗費(fèi)用。
4.3 工藝輔助系統(tǒng)
（1）氧化劑加藥裝置，用于向超濾進(jìn)水和反洗水中投加氧化劑，抑制細(xì)菌等微生物在超濾膜繁殖并去除吸附、污堵在超濾膜表面的部分有機(jī)物。
（2）還原劑裝置，用于向反滲透進(jìn)水投加還原劑，還原水中的氧化性物質(zhì)，保護(hù)反滲透膜。采用在線ORP表檢測(cè)水中的氧化還原電位并控制加藥量。
（3）阻垢劑加藥裝置，用于向反滲透進(jìn)水中投加阻垢劑，以防止膜元件結(jié)垢。反滲透濃水端，特別是反滲透壓力容器中最后一根膜元件的濃水側(cè)往往出現(xiàn)諸如CaCO3、CaSO4濃度積大于其平衡溶解度指數(shù)而結(jié)晶析出，在膜表面結(jié)垢造成污堵，并可能損壞膜元件，因此在進(jìn)入膜元件之前設(shè)置了阻垢劑投加裝置，投加對(duì)此類鹽具有良好分散作用的阻垢劑。
（4）化學(xué)清洗裝置，用于超濾、反滲透裝置膜元件的化學(xué)清洗。超濾、反滲透膜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后，某些有機(jī)物、無(wú)機(jī)鹽結(jié)垢等，會(huì)積累在膜的表面，造成超濾、反滲透膜通量下降、反滲透膜脫鹽率的降低，使用化學(xué)藥品進(jìn)行清洗才能去除，以恢復(fù)超濾、反滲透膜的性能。
5、運(yùn)行情況
該項(xiàng)目于2004年11月初通過(guò)燕山石化公司驗(yàn)收并投入連續(xù)的工業(yè)應(yīng)用，到目前為止裝置運(yùn)行十分穩(wěn)定。主要運(yùn)行指標(biāo)為：
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（1）超濾裝置
產(chǎn)水SDI＜2.5
產(chǎn)水濁度＜0.2NTU
回收率≥95%
（2）反滲透裝置
每套產(chǎn)水量103m3/h
回收率≥75%
脫鹽率＞98%
（3）系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)表
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該產(chǎn)水經(jīng)原有的離子交換系統(tǒng)二級(jí)除鹽后，作為鍋爐補(bǔ)給水。
6、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
采用膜法水處理技術(shù)，對(duì)回用污水進(jìn)行除鹽后用于鍋爐補(bǔ)給水，代替了原來(lái)一直使用的新鮮水（地表水），設(shè)計(jì)新鮮水取用量比原來(lái)減少500m3/h（ 4000000m3/年）， 外排污水量減少400m3/h（ 3200000m3/年）。
采用膜法水技術(shù)加上原有離子交換系統(tǒng)對(duì)回用污水進(jìn)行除鹽用于鍋爐補(bǔ)給水與原離子交換系統(tǒng)采用新鮮水（地表水）除鹽用于鍋爐補(bǔ)給水的噸水運(yùn)行費(fèi)用比較如下表：
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從上表可以看出，膜法回用污水除鹽裝置建成后，污水代替了新鮮水，每噸除鹽水的運(yùn)行成本降低了2.49元，除鹽水量按400t/h，年運(yùn)行時(shí)間按8000h計(jì)算，則除鹽水系統(tǒng)每年可節(jié)約運(yùn)行700多萬(wàn)元。
7、結(jié)束語(yǔ)
水質(zhì)是決定水的用途的關(guān)鍵因素，單一的物化或生化處理很難達(dá)到各種不同用途的回用要求。采用膜法水處理技術(shù)與其它技術(shù)的嫁接，可以實(shí)現(xiàn)市政污水和工業(yè)廢水的綜合利用。而它們的組合工藝是使污水得到回用的一個(gè)重要途徑，它確保了污水回用處理工藝的廣泛適應(yīng)性和低成本的運(yùn)行和維護(hù)。膜法水處理工藝因產(chǎn)水水質(zhì)好，效率高，占地少等優(yōu)點(diǎn)，必將在污水回用處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[作者簡(jiǎn)介] 謝小華，高級(jí)工程師，1993年畢業(yè)于江蘇石油化工學(xué)院熱能工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中國(guó)石油化工總公司北京燕山分公司煉油廠生產(chǎn)技術(shù)部。電話：010-69334561
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