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閱讀：216發(fā)布時(shí)間：2012-11-9
1 前言
污水回用是水資源可持續(xù)戰(zhàn)略的重要組成，有助于同時(shí)解決水資源短缺和水環(huán)境污染問題。污水回用處理是對(duì)已經(jīng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的市政污水和工業(yè)污水進(jìn)行深 度處理，去除有機(jī)污染物和無機(jī)鹽，處理后的水質(zhì)要達(dá)到具體回用用途相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此能夠*去除溶解性污染物的反滲透技術(shù)成為污水回用處理的核心工藝。 反滲透工藝能否成功的關(guān)鍵在于對(duì)于原水中污染物的適應(yīng)性。目前工業(yè)污水的回用處理技術(shù)目前已經(jīng)開始在鋼鐵、石化、電力和市政等各個(gè)耗水量大的行業(yè)進(jìn)行推 廣。但由于污水水質(zhì)復(fù)雜多變，受到生水水質(zhì)、生產(chǎn)工藝及處理工藝的影響，同一類型的污水在不同的時(shí)間和地點(diǎn)的膜污染特性會(huì)有較大區(qū)別。
石油化工行業(yè)是典型的用水大戶，但由于石化污水、廢水具有COD高、含油等*的復(fù)雜性，對(duì)于如何將其合理的處理回用，業(yè)界一直持謹(jǐn)慎態(tài)度。美國海 德能公司在石化系統(tǒng)開展了一系列現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)*模擬實(shí)際工業(yè)運(yùn)行狀況，采用24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，試驗(yàn)反滲透系統(tǒng)回收率約70 %。需要指出的是，這些現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用了美國海德能公司一直倡導(dǎo)的集成膜工藝（IMS®），使用美國海德能公司的HYDRAcap®中空超濾膜系統(tǒng)作為反滲透的預(yù)處理工藝，性能穩(wěn)定水質(zhì)優(yōu)異的HYDRAcap®超濾技術(shù)與*的LFC®低污染膜相結(jié)合，完成了對(duì)于水質(zhì)復(fù)雜多變且污染性*的石化廢水的深度凈化處理。本文總結(jié)了三個(gè)石化廢水現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中反滲透膜系統(tǒng)的運(yùn)行情況和水質(zhì)變化，三個(gè)試驗(yàn)的原水分別是乙烯廠二級(jí)排放水、化肥廠冷卻循環(huán)水排水和烯烴廠冷卻循環(huán)水排水。
2 試驗(yàn)
2.1 試驗(yàn)基本情況
試驗(yàn)水質(zhì)為石化廠有回收價(jià)值的綜合排水和冷卻循環(huán)水，試驗(yàn)2和試驗(yàn)3兩種循環(huán)水的生水分別是黃河上游和黃河下游地表水。三個(gè)試驗(yàn)的運(yùn)行時(shí)間跨越了夏冬兩季比較的水溫和水質(zhì)變化，因此具有很強(qiáng)的代表性（見表1）。
表1 試驗(yàn)工藝
| 試驗(yàn)編號(hào) | 1 | 2 | 3 | |
| 試驗(yàn)時(shí)間 | 2004.5.21 – 9.18 | 2004.12.11 – 2005.1.20 | 2005.6.27 – 9.1 | |
| 累計(jì)運(yùn)行時(shí)間 | 123天 | 41天 | 66天 | |
| 試驗(yàn)水源 | 乙烯二級(jí)排放污水 | 化肥循環(huán)冷卻排放水 | 烯烴循環(huán)冷卻排放水 | |
| 試驗(yàn)工藝 | 預(yù)過濾器（100 μm）+ 超濾 + 反滲透 | |||
| 試驗(yàn)用膜 元件型號(hào) | 超濾膜元件 | HYDRAcap60（美國海德能公司產(chǎn)品） | ||
| 反滲透膜元件 | LFC1 | LFC3-LD | LFC3-LD | |
2.2 反滲透水源與工況對(duì)比
表2 試驗(yàn)水質(zhì)表
| 序號(hào) | 分析項(xiàng)目 | 單位 | 試驗(yàn)1 | 試驗(yàn)2 | 試驗(yàn)3 |
| 1 | 溫度 | ℃ | 23 – 39 | 10 – 32 | 37 – 42 |
| 2 | pH值 | N/A | 6.28 – 8.18 | 8.0 – 8.5 | 8.0 – 8.7 |
| 3 | 濁度 | NTU | 6.3 – 113 | 20 – 48 | 5.6 – 439 |
| 4 | 電導(dǎo)率 | μs/cm | 624 – 1 810 | 2 000 – 3 000 | 3 000 – 4 800 |
| 5 | 堿度（CaCO3計(jì)） | mg/L | 29.12 – 302.88 | 140 – 190 | 165 – 310 |
| 6 | 總硬度（CaCO3計(jì)） | mg/L | 86.34 – 315.9 | 600 – 1200 | 1 042 – 1 400 |
| 7 | Ca2+（CaCO3計(jì)） | mg/L | 78.1 – 256 | N/A | 577.9 – 731 |
| 8 | Mg2+（CaCO3計(jì)） | mg/L | N/A | N/A | 435.1 – 670 |
| 9 | Fe3+ | mg/L | N/A | 0.3 – 0.6 | 0.3 – 0.9 |
| 10 | 化學(xué)耗氧量 | mg/L | 22.9 – 112（鉻法） | 40 – 70（鉻法） | 9.2 – 21（錳法） |
| 11 | 含油量（正常情況） | mg/L | 0.59 – 3.18 | N/A | 0.4 – 1.9 |
| 12 | 活性SiO2 | mg/L | 8.5 – 25.1 | 25 ～ 30 | 29.2 – 47.3 |
| 13 | HCO3- | mg/L | N/A | N/A | 170.6 – 321 |
| 14 | SO42- | mg/L | 175.2 – 268.7 | N/A | 610 – 935 |
| 15 | CI- | mg/L | N/A | 210 – 390 | 551 – 772 |
| 16 | NO3- | mg/L | N/A | 270 – 420 | N/A |
| 17 | 氨氮 | mg/L | 0.1 – 5.94 | 0.5 – 3.8 | N/A |
| 18 | 總?cè)芙夤腆w | mg/L | N/A | N/A | 2 264 – 3 408 |
| 19 | 總磷 | mg/L | N/A | N/A | 5 – 7.4 |
中試反滲透系統(tǒng)由于受到裝置設(shè)備的空間限制，三地試驗(yàn)均采用了兩支8英寸膜元件串聯(lián)組成，并配有濃水回流部分以真實(shí)模擬工業(yè)系統(tǒng)回收率情況，如圖1：
圖1 反滲透系統(tǒng)試驗(yàn)工藝流程圖
濃水回流工藝是通過增加膜表面流速以減小濃差極化值的方式使小系統(tǒng)回收率達(dá)到了大型工業(yè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，難溶鹽及有機(jī)物的濃縮倍率與實(shí)際 工業(yè)系統(tǒng)*一致，模擬了大型工業(yè)系統(tǒng)末端濃水出口處兩支膜元件的實(shí)際運(yùn)行狀況，同時(shí)由于直接面對(duì)原水，膜所受到的有機(jī)物及膠體物質(zhì)污染的狀況與大系統(tǒng)首 只膜元件的狀況相同。因此以上試驗(yàn)系統(tǒng)工藝可以認(rèn)為是在實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)zui差狀況下的運(yùn)行模擬，可以充分地暴露膜受到各種污染及結(jié)垢影響時(shí)可能出現(xiàn)的問題，對(duì) 于實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。
3 反滲透系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)比分析
表3 對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
| 項(xiàng) 目 | 試驗(yàn)1 | 試驗(yàn)2 | 試驗(yàn)3 |
| 反滲透工藝 | 兩支8寸膜元件串聯(lián) | ||
| 產(chǎn)水量，m3/h | 1.65 – 2.0 | 1.6 – 2.1 | 1.4 – 1.7 |
| 產(chǎn)水通量，L/m2h | 22.2 – 26.9 | 21.5 – 28.2 | 18.8 – 22.9 |
| 操作壓力，MPa | 1.05 – 1.26 | 0.8 – 1.1 | |
| 系統(tǒng)收率，% | 70 – 75 | 60 – 65 | 65 – 70 |
| 阻垢劑投量，mg/L | 2 | 3 | 3 |
| 水源特點(diǎn) | 有機(jī)物含量高，沖擊試驗(yàn)時(shí)反滲透進(jìn)水COD為：110 mg/L，含油量：10 mg/L | 有機(jī)物含量高，溫差變化大，溶硅含量高，加藥復(fù)雜并有化學(xué)滲漏 | 復(fù)雜陽離子型藥劑投加，硬度堿度高，溶硅含量高 |
圖2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)反滲透產(chǎn)水量、給水壓力和水溫
圖2為三個(gè)試驗(yàn)反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水量、壓力與溫度變化總圖；試驗(yàn)1產(chǎn)水量在8月9日極限沖擊（采用生化處理前水源，雖然以超濾作為預(yù)處理但進(jìn)入反滲透系 統(tǒng)的COD仍高達(dá)110 mg/L，含油量為10 mg/L）時(shí)開始下降，化學(xué)清洗后系統(tǒng)產(chǎn)量、壓力恢復(fù)。試驗(yàn)2中，由于正值北方冬季，晝夜溫差變化大（一天內(nèi)變化可達(dá)到15 ℃）且對(duì)循環(huán)水排污水的影響也大，在反滲透系統(tǒng)壓力波動(dòng)小的情況下造成產(chǎn)水量波動(dòng)較大。試驗(yàn)3中，循環(huán)水投加的殺菌劑與剝離劑均為陽離子型藥劑，頻繁加藥 對(duì)系統(tǒng)影響較大，雖然美國海德能公司LFC3-LD型反滲透膜元件為表面電中性，但循環(huán)水中陽離子型藥劑濃度高且循環(huán)水堿度較高，因此對(duì)反滲透膜元件存在 影響（雖然美國海德能公司電中性膜元件在受到陽離子藥劑沖擊后，運(yùn)行過程中能夠自動(dòng)恢復(fù)，但不推薦使用）。
圖3 標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量及回收率
圖3為標(biāo)準(zhǔn)化后的單位壓力反滲透系統(tǒng)產(chǎn)量；試驗(yàn)1用膜元件為L(zhǎng)FC1型號(hào)，試驗(yàn)2、3用膜元件為L(zhǎng)FC3-LD型號(hào)；試驗(yàn)2的標(biāo)準(zhǔn)通量較高，是由于相對(duì)試驗(yàn)3，進(jìn)水溫度較低、進(jìn)水含鹽量低和回收率低的原因造成；標(biāo)準(zhǔn)通量與溫度、水質(zhì)相關(guān)。
圖4中以看出壓差與溫度相關(guān)，溫度高時(shí)壓差小反之壓差較大；試驗(yàn)1由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，因而在后期壓差升高幅度較大，壓差增大原因主要是由有機(jī)物引起；而試驗(yàn)2、3 試驗(yàn)過程中壓差變化不大，壓差增大原因主要是由無機(jī)鹽類引起。
圖4 壓差與溫度的相關(guān)性
圖5和6為反滲透系統(tǒng)的脫鹽情況，在各個(gè)中試過程中脫鹽率穩(wěn)定；試驗(yàn)1原水含鹽量較低，反滲透產(chǎn)水水質(zhì)會(huì)受到源水COD或氨氮高低的影響，從而影響 脫鹽率；試驗(yàn)2、3是典型的化工循環(huán)冷卻高含鹽量排污水，而且也會(huì)受到化工滲漏物的影響；試驗(yàn)3中7月15日源水發(fā)生泄漏事故造成排污水電導(dǎo)濾達(dá)到8 000 μs/cm左右，反滲透脫鹽率保持不變。
圖5 進(jìn)水電導(dǎo)率及產(chǎn)水電導(dǎo)率
圖6 進(jìn)水電導(dǎo)和脫鹽率
石化廢水的zui大的特點(diǎn)是有機(jī)物含量與油含量較高，而且類型復(fù)雜；以上在試驗(yàn)過程中，美國海德能公司的低污染膜元件對(duì)COD與油的脫除率較高，而且對(duì) 這些類廢水的抗污染性較強(qiáng)；圖7和8可知，對(duì)COD的脫除率zui低40 %，平均70 %；對(duì)油的去除率zui低40 %，平均75 %；試驗(yàn)1過程中，連續(xù)4日的沖擊試驗(yàn)中進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的COD平均69 mg/L，油平均6.1 mg/L。試驗(yàn)2中油含量很低因此，沒有對(duì)油進(jìn)行檢測(cè)，其他情況脫除率穩(wěn)定。
圖7 反滲透進(jìn)水COD、產(chǎn)水COD及脫除率
圖8 反滲透系統(tǒng)進(jìn)水、產(chǎn)水含油量與去除率的變化
4 結(jié)論
通過三個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)不同水質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，LFC®低污染膜表現(xiàn)出對(duì)于高污染性石化廢水的良好適應(yīng)性，特別是新型低污染反滲透LFC3-LD膜能夠耐受循環(huán)排污水水質(zhì)大范圍波動(dòng)及沖擊加藥的影響。連續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明LFC膜的耐污染能力及穩(wěn)定的分離性能*可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用，具體如下：
l 低污染反滲透膜元件在以超濾為預(yù)處理工藝的試驗(yàn)中，表現(xiàn)出良好的耐受COD與油的特性：低污染膜元件在平均進(jìn)水COD小于30 mg/L時(shí)在試驗(yàn)中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；低污染膜元件在平均進(jìn)水含油量小于1 mg/L時(shí)在試驗(yàn)中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
l 在模擬工業(yè)系統(tǒng)末端膜元件的運(yùn)行試驗(yàn)中，反滲透膜元件的產(chǎn)水通量在12 – 16 GFD間運(yùn)行穩(wěn)定。
l 低污染膜元件的電中性特點(diǎn)使系統(tǒng)能夠承受不同類型（陽離子、陰離子或中性）藥劑與表面活性劑的沖擊。
l 低污染反滲透系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜的化工循環(huán)冷卻排污水有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠耐受長(zhǎng)期高溫運(yùn)行（平均40 ℃，高達(dá)44 ℃）并保持脫鹽率。
l 在石化污水處理過程中，以超濾作為反滲透的預(yù)處理，能夠保證反滲透進(jìn)水的SDI值，從而保證反滲透膜元件的穩(wěn)定運(yùn)行。
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