膜法水處理技術在煉油污水回用中的應用
1簡介
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。
本文主要闡述煉油廠利用其污水廠處理后的外排污水做為原水，經合理的深度處理后，達到一定的水質標準，回用至煉油廠鍋爐補給水系統。特別是在石化工業污水回用的膜深度處理技術方面，燕山石化公司與浙江歐美環境工程有限公司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410m3/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“全膜法”水處理工藝
全膜法(IntegratedMembraneTechnology,IMT)水處理工藝，是浙江歐美環境工程有限公司基于多年的工程實踐經驗，圍繞先進的膜科技而提出的全新的水處理工藝設計理念。它將不同的膜工藝有機地組合在一起，以經過生化、過濾等常規處理后達標排放的市政污水、工業廢水為進水，采用“超濾→反滲透→EDI”的組合工藝，達到高效去除污染物以及深度脫鹽的目的，滿足各種用途的水質要求。
超濾是專為中水回用、污水/廢水處理、反滲透預處理設計的膜分離產品。它采用親水性PVDF材質，抗氧化、耐酸堿，具備優良的抗污染性能以及大通量的保證，適應最復雜的水質，已經達到國際先進水平，在國內外廢水回用領域已獲得了廣泛的應用。
反滲透作為脫鹽系統的核心，已廣泛應用于各種廢水回收利用。采用反滲透脫鹽較經濟，原水含鹽量越高，反滲透經濟性越明顯，尤其是當含鹽量超過300mg/L，反滲透脫鹽比離子交換更經濟實用。
EDI系電滲析技術(ED)和離子交換技術(DI)有機結合，它既克服了電滲析不能深度脫鹽的缺點，又彌補了離子交換不能連續工作、需消耗酸堿再生的不足，把離子交換、離子遷移、樹脂再生融為一起，達到連續除鹽的目的，而且運行維護簡便，沒有酸堿排放污染。螺旋卷式結構電除鹽器(EDI)，具有獨特的可拆卸式結構，更寬的進水指標，獨特的同心圓電極結構以及獨特的整體密封結構等技術特點和優勢，其技術含量領先國內同行的水平，達到國際先進水平，填補了國內空白，打破了國外公司筑起的技術保護屏障，擁有完全自主知識產權，已獲得中美多項專利。
“全膜法”工藝中，超濾預處理可以截留原水中的各種懸浮物、膠體以及有機污染物，同時實現保護下游反滲透膜、延長反滲透膜壽命的作用；反滲透處理可進一步去除98%的無機離子、硅、有機物；而EDI則可去除剩余離子、硅等。
全膜法(IMT)水處理技術作為一種先進的膜法水處理工藝，現已成功應用于石化、電力、石油、冶金、制藥以及市政等多個領域，能夠將海水、苦咸水、市政及工業廢水等處理成符合各種要求的工業用水或者生活用水，產水水質達到電子超純水、鍋爐補給水以及各種工藝用水、回用水的要求。IMT系統不僅使得廢水資源得到回用，而且該系統完全以物理分離的方式實現水的凈化，無需大量使用酸堿等化學藥劑，是工業純水制備的清潔生產工藝。
3污水回用處理工藝流程
設計反滲透產水規模410m3/h，超濾產水規模560m3/h。
從西區輸來的回用污水進入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、大分子的有機物等，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。
4原水水質
原水是燕化西區輸送過來的回用污水，其水質如下表所示。
燕化西區輸送過來的回用污水水質參數
序號項目單位數
1PH6.5-8.5
2可溶性固體mg/L1083
3懸浮性固體mg/L6.7
4CODmg/L34
5總硬度mg/L385
6總堿度mg/L68.5
7鈣離子mg/L270
8氯離子mg/L201
9鉀離子mg/L4.3
10氨氮mg/L1
11電導率μs/cm1710
燕山石化運用歐美水處理系統后產水水質參數
序號項目單位數
1PH6.5
2懸浮性固體mg/L0
3CODmg/L小于1.0
4總硬度mg/L小于5
5總堿度mg/L小于2
6鈣離子mg/L小于5.4
7氯離子mg/L小于4
8鉀離子mg/L小于0.01
9氨氮mg/L0
10電導率μs/cm小于15
5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超濾作為反滲透的前處理，高效地去除了懸浮物、膠體等，保證了反滲透的可*運行。
OMEXELLTMSFP系列超濾膜，采用聚偏氟乙烯（PVDF）材料，系雙皮層中空纖維結構，可長期耐受高濃度的氧化劑，充分抑制微生物繁殖。采用不易堵塞的外壓式結構，具有更高的截污量，更大的過濾面積，使清洗更簡便、徹底。采用全流過濾方式，自用水量小。
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，防止細菌等微生物在超濾膜繁殖并去除部分有機物。
（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。
（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。
6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，裝置運行穩定，各項性能指標達到合同要求：
（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%
產水CODMn＜1mg/L
7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），新鮮水取用比原來減少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：
項目價格噸除鹽水消耗噸除鹽水費用新鮮水回用污水新鮮水回用污水
電0.52元/kw.h0.76kw.h1.13kw.h0.40.79
酸1610元/t0.617kg0.002kg0.990.01
堿1600元/t0.355kg0.001kg0.570.01
蒸汽120元/t0.009t01.080
新鮮水3.8元/t1.05t04.00
回用污水2.0元/t01.4t02.8
膜更換0.64
化學藥劑0.28
液氨0.02
合計7.044.55
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。
8膜法水處理技術在污水回用領域的應用前景
膜技術是一門嶄新的跨學科實用化技術。半個世紀以來，膜技術已成功地在海水、苦咸水淡化，純水、超純水制備以及工業廢水處理等方面得到規模化應用。此外，它在食品加工、醫藥制造以及化學工業的許多方面都有極佳表現，被公認為是21世紀最有前途的高新技術之一。
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。
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