膜法水處理技術在石化污水回用中的應用
1、前言
我國水資源短缺和水污染形勢十分嚴峻，是世界13個貧水國之一，人均占有水量僅為世界人均水平的四分之一，居世界149個國家的第110位，屬于水資源短缺的國家。
石化企業是一個用水大戶，近年來，隨著水資源日益匱乏，水源的供給已經成為限制企業擴產、增產的制約因素。一方面水資源嚴重短缺，另一方面而工業用水浪費問題嚴重、耗水量大，目前我國每加工一噸原油的取水量與發達國家相比還有相當的差距（加工噸油的水消耗量是國外的近5倍）。
為了緩解水資源短缺，各石化企業作了兩方面的工作，一是節約用水，特別是提高工業用水的利用率；二是尋找新的可利用非傳統水資源（工業污水、生活污水、海水等），最為可行的途徑是實現污水回用。
使用非傳統水資源面臨的問題是水源水質惡化、污染物更加復雜，常規的水處理工藝（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，只能實現污水的簡單回用，如沖廁、綠化等，不能實現真正意義的回用，如代替自來水、鍋爐用水、工業工藝用水等。作的最好的也只是回用于循環水補水。膜法水處理技術的應用可使大部分的工業污水得到回用。膜分離技術是近幾年來發展迅速的一種高新技術，具有分離效果好、占地小、操作簡單、安全環保優點。在石化工業污水回用的膜深度處理技術方面，燕山石化公司與相關單位合作做了大量的試驗工作，在此基礎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，將污水經除鹽后回用于鍋爐補給水，實現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，設計反滲透產水規模410m3/h，超濾產水規模560m3/h。
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燕化煉油事業部和橡膠事業部的污水經西區污水站二級生化、三級過濾處理后，進入300m3原水罐，再經過原水提升泵進入超濾裝置，去除水中的細菌殘體、膠體微粒、大分子有機物等，超濾出水水質達到反滲透裝置的進水條件。
超濾出水投加還原劑和阻垢劑經高壓泵加壓進入反滲透裝置，反滲透裝置主要去除水中99％的溶解鹽類、SiO2膠體等，反滲透產水再入原有離子交換系統進一步除鹽后用于鍋爐補給水。
系統采用全自動控制，可進行自動與手動運行方式的切換，實現現場就地和控制室集中控制兩種操作方式；同時通過各類在線儀表監測系統的運行狀態，采用一臺工控機作為人機界面實現監控，可打印機輸出各類報表。
3、原水水質
超濾系統的進水是燕化西區輸送過來的回用污水，其水質如下表所示。
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4、主要設備的設計參數
4.1 超濾裝置
系統設計超濾裝置10套，設計處理量560m3/h，產水SDI≤3.0，產水濁度≤0.2，自用水率≤5%。系統采用全自動控制，10套超濾裝置可同時運行，也可單獨運行，根據用水量要求靈活投運。
在該項目中采用了親水性好、壽命長、過濾精度高的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是耐氧化能力很強，允許在運行和清洗時使用較強烈的化學條件，因而能夠更徹底地去除膜上的污染物，保障膜過濾系統的長期穩定。
另外，該超濾膜采用了采用不易堵塞的外壓式結構，更適應來水懸浮物含量較高的場合，也使清洗更簡便、徹底。
OMEXELL超濾膜組件通常以恒流方式運行，透膜壓差將隨運行時間逐漸增加，此時通過定期的反洗、氣擦洗以及化學分散清洗等手段，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參數如下：
膜元件型號 OMEXELL SFP2660
型式 中空纖維（外壓式）
膜材質 PVDF
公稱孔徑 0.03μm
膜面積 355ft2 (33m2)
4.2 反滲裝置
系統設計反滲透裝置4套，設計產水量410m3/h，每套產水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，一級二段排列，抗污染反滲透膜且具有親水性，對有機物的吸附性小，膜元件和系統運行壽命長，可延長膜的清洗周期，降低清洗費用。
4.3 工藝輔助系統
（1）氧化劑加藥裝置，用于向超濾進水和反洗水中投加氧化劑，抑制細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物。
（2）還原劑裝置，用于向反滲透進水投加還原劑，還原水中的氧化性物質，保護反滲透膜。采用在線ORP表檢測水中的氧化還原電位并控制加藥量。
（3）阻垢劑加藥裝置，用于向反滲透進水中投加阻垢劑，以防止膜元件結垢。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往往出現諸如CaCO3、CaSO4濃度積大于其平衡溶解度指數而結晶析出，在膜表面結垢造成污堵，并可能損壞膜元件，因此在進入膜元件之前設置了阻垢劑投加裝置，投加對此類鹽具有良好分散作用的阻垢劑。
（4）化學清洗裝置，用于超濾、反滲透裝置膜元件的化學清洗。超濾、反滲透膜經過長期運行后，某些有機物、無機鹽結垢等，會積累在膜的表面，造成超濾、反滲透膜通量下降、反滲透膜脫鹽率的降低，使用化學藥品進行清洗才能去除，以恢復超濾、反滲透膜的性能。
5、運行情況
該項目于2004年11月初通過燕山石化公司驗收并投入連續的工業應用，到目前為止裝置運行十分穩定。主要運行指標為：
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（1）超濾裝置
產水SDI＜2.5
產水濁度＜0.2NTU
回收率≥95%
（2）反滲透裝置
每套產水量103m3/h
回收率≥75%
脫鹽率＞98%
（3）系統產水水質表
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該產水經原有的離子交換系統二級除鹽后，作為鍋爐補給水。
6、技術經濟分析
采用膜法水處理技術，對回用污水進行除鹽后用于鍋爐補給水，代替了原來一直使用的新鮮水（地表水），設計新鮮水取用量比原來減少500m3/h（ 4000000m3/年）， 外排污水量減少400m3/h（ 3200000m3/年）。
采用膜法水技術加上原有離子交換系統對回用污水進行除鹽用于鍋爐補給水與原離子交換系統采用新鮮水（地表水）除鹽用于鍋爐補給水的噸水運行費用比較如下表：
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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，每噸除鹽水的運行成本降低了2.49元，除鹽水量按400t/h，年運行時間按8000h計算，則除鹽水系統每年可節約運行700多萬元。
7、結束語
水質是決定水的用途的關鍵因素，單一的物化或生化處理很難達到各種不同用途的回用要求。采用膜法水處理技術與其它技術的嫁接，可以實現市政污水和工業廢水的綜合利用。而它們的組合工藝是使污水得到回用的一個重要途徑，它確保了污水回用處理工藝的廣泛適應性和低成本的運行和維護。膜法水處理工藝因產水水質好，效率高，占地少等優點，必將在污水回用處理領域得到廣泛應用。
[作者簡介] 謝小華，高級工程師，1993年畢業于江蘇石油化工學院熱能工程專業，現就職于中國石油化工總公司北京燕山分公司煉油廠生產技術部。電話：010-69334561
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