【污水處理技術(shù)】膜法水處理技術(shù)在煉油污水回用中的應(yīng)用
1 簡(jiǎn)介
石化企業(yè)是一個(gè)用水大戶，近年來，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，另一方面工業(yè)用水浪費(fèi)問題嚴(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)。
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(jīng)合理的深度處理后，達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，回用至煉油廠鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)。特別是在石化工業(yè)污水回用的膜深度處理技術(shù)方面，燕山石化公司與浙江歐美環(huán)境工程有限公司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 “全膜法”水處理工藝
全膜法(Integrated Membrane Technology, IMT)水處理工藝，是浙江歐美環(huán)境工程有限公司基于多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，圍繞先進(jìn)的膜科技而提出的全新的水處理工藝設(shè)計(jì)理念。它將不同的膜工藝有機(jī)地組合在一起，以經(jīng)過生化、過濾等常規(guī)處理后達(dá)標(biāo)排放的市政污水、工業(yè)廢水為進(jìn)水，采用“超濾→反滲透→EDI”的組合工藝，達(dá)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(zhì)要求。
超濾是專為中水回用、污水/廢水處理、反滲透預(yù)處理設(shè)計(jì)的膜分離產(chǎn)品。它采用親水性PVDF材質(zhì)，抗氧化、耐酸堿，具備優(yōu)良的抗污染性能以及大通量的保證，適應(yīng)最復(fù)雜的水質(zhì)，已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在國(guó)內(nèi)外廢水回用領(lǐng)域已獲得了廣泛的應(yīng)用。
反滲透作為脫鹽系統(tǒng)的核心，已廣泛應(yīng)用于各種廢水回收利用。采用反滲透脫鹽較經(jīng)濟(jì)，原水含鹽量越高，反滲透經(jīng)濟(jì)性越明顯，尤其是當(dāng)含鹽量超過300mg/L，反滲透脫鹽比離子交換更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
EDI系電滲析技術(shù)(ED)和離子交換技術(shù)(DI)有機(jī)結(jié)合，它既克服了電滲析不能深度脫鹽的缺點(diǎn)，又彌補(bǔ)了離子交換不能連續(xù)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(dá)到連續(xù)除鹽的目的，而且運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便，沒有酸堿排放污染。螺旋卷式結(jié)構(gòu)電除鹽器(EDI)，具有獨(dú)特的可拆卸式結(jié)構(gòu)，更寬的進(jìn)水指標(biāo)，獨(dú)特的同心圓電極結(jié)構(gòu)以及獨(dú)特的整體密封結(jié)構(gòu)等技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，其技術(shù)含量領(lǐng)先國(guó)內(nèi)同行的水平，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，打破了國(guó)外公司筑起的技術(shù)保護(hù)屏障，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已獲得中美多項(xiàng)專利。
“全膜法”工藝中，超濾預(yù)處理可以截留原水中的各種懸浮物、膠體以及有機(jī)污染物，同時(shí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)下游反滲透膜、延長(zhǎng)反滲透膜壽命的作用；反滲透處理可進(jìn)一步去除98%的無機(jī)離子、硅、有機(jī)物；而EDI則可去除剩余離子、硅等。
全膜法(IMT)水處理技術(shù)作為一種先進(jìn)的膜法水處理工藝，現(xiàn)已成功應(yīng)用于石化、電力、石油、冶金、制藥以及市政等多個(gè)領(lǐng)域，能夠?qū)⒑Ｋ?、苦咸水、市政及工業(yè)廢水等處理成符合各種要求的工業(yè)用水或者生活用水，產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到電子超純水、鍋爐補(bǔ)給水以及各種工藝用水、回用水的要求。IMT系統(tǒng)不僅使得廢水資源得到回用，而且該系統(tǒng)完全以物理分離的方式實(shí)現(xiàn)水的凈化，無需大量使用酸堿等化學(xué)藥劑，是工業(yè)純水制備的清潔生產(chǎn)工藝。
3 污水回用處理工藝流程
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。
從西區(qū)輸來的回用污水進(jìn)入300m3原水罐，再經(jīng)過原水提升泵進(jìn)入超濾裝置，去除水中的細(xì)菌殘?bào)w、膠體微粒、大分子的有機(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。
4 原水水質(zhì)
原水是燕化西區(qū)輸送過來的回用污水，其水質(zhì)如下表所示。
燕化西區(qū)輸送過來的回用污水水質(zhì)參數(shù)
序號(hào) 項(xiàng)目 單位 數(shù)
1 PH 6.5-8.5
2 可溶性固體 mg/L 1083
3 懸浮性固體 mg/L 6.7
4 COD mg/L 34
5 總硬度 mg/L 385
6 總堿度 mg/L 68.5
7 鈣離子 mg/L 270
8 氯離子 mg/L 201
9 鉀離子 mg/L 4.3
10 氨氮 mg/L 1
11 電導(dǎo)率 μs/cm 1710
燕山石化運(yùn)用歐美水處理系統(tǒng)后產(chǎn)水水質(zhì)參數(shù)
序號(hào) 項(xiàng)目 單位 數(shù)
1 PH 6.5
2 懸浮性固體 mg/L 0
3 COD mg/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/L 0
10 電導(dǎo)率 μs/cm 小于15
5 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(yùn)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(jié)構(gòu)，可長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，具有更高的截污量，更大的過濾面積，使清洗更簡(jiǎn)便、徹底。采用全流過濾方式，自用水量小。
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，防止細(xì)菌等微生物在超濾膜繁殖并去除部分有機(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。
（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。
6 運(yùn)行情況
該項(xiàng)目于2004年11月初通過燕山石化公司驗(yàn)收并投入連續(xù)的工業(yè)應(yīng)用，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到合同要求：
（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%
產(chǎn)水CODMn＜1mg/L
7 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(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：
項(xiàng)目 價(jià)格 噸除鹽水消耗 噸除鹽水費(fèi)用 新鮮水 回用污水 新鮮水 回用污水
電 0.52元/kw.h 0.76kw.h 1.13kw.h 0.4 0.79
酸 1610元/t 0.617kg 0.002kg 0.99 0.01
堿 1600元/t 0.355kg 0.001kg 0.57 0.01
蒸汽 120元/t 0.009t 0 1.08 0
新鮮水 3.8元/t 1.05t 0 4.0 0
回用污水2.0元/t 0 1.4t 0 2.8
膜更換 0.64
化學(xué)藥劑 0.28
液氨 0.02
合計(jì) 7.04 4.55
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(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多萬元。
8 膜法水處理技術(shù)在污水回用領(lǐng)域的應(yīng)用前景
膜技術(shù)是一門嶄新的跨學(xué)科實(shí)用化技術(shù)。半個(gè)世紀(jì)以來，膜技術(shù)已成功地在海水、苦咸水淡化，純水、超純水制備以及工業(yè)廢水處理等方面得到規(guī)模化應(yīng)用。此外，它在食品加工、醫(yī)藥制造以及化學(xué)工業(yè)的許多方面都有極佳表現(xiàn)，被公認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途的高新技術(shù)之一。
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。
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