孟祥斌，程 鑫，林殿森

（中國(guó)石油大慶石化公司水氣廠，黑龍江大慶163714）

反滲透技術(shù)在石化工業(yè)廢水回用中的應(yīng)用

孟祥斌，程 鑫，林殿森

（中國(guó)石油大慶石化公司水氣廠，黑龍江大慶163714）

介紹了反滲透技術(shù)在工業(yè)廢水回用中的使用情況，分析了運(yùn)行過程中易出現(xiàn)的問題。通過標(biāo)定得出結(jié)論，當(dāng)生化出水COD（化學(xué)需氧量）＜50 mg/L、電導(dǎo)率＜2 500 μs/cm的條件下，反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率＜200 μs/cm、單套產(chǎn)水量平均值為101 m3/h，回收率＞70%。運(yùn)行中存在的結(jié)垢、細(xì)菌污染、油污染等問題，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)和回用水使用需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

反滲透技術(shù)；工業(yè)廢水；運(yùn)行維護(hù)

反滲透技術(shù)的作用是去除水中鹽分，其原理是通過在半透膜一側(cè)施加大于滲透壓的壓力，將凈水壓至產(chǎn)水段，將鹽分留在濃水段［1，2］。反滲透去除的是水中的各種離子，只有水能透過反滲透膜，反滲透膜對(duì)NaCl的截留率＞98%，其出水為去離子水。反滲透膜可去除可溶性鹽分，如金屬離子鹽分，也可去除有機(jī)物和細(xì)菌等大分子，在廢水處理中已廣泛應(yīng)用［3，4］。

1 反滲透技術(shù)的系統(tǒng)流程

以某石化公司水氣廠污水處理廠中水回用系統(tǒng)作為案例分析。該污水處理廠上游來(lái)水成分以石油化工廠含油污水為主，裝置的主要設(shè)施包括隔油池、氣浮池、水解酸化池、曝氣池、二沉池、曝氣生物濾池，裝置的最終水部分進(jìn)入回用裝置，經(jīng)過超濾膜和反滲透膜進(jìn)行處理，然后進(jìn)入離子交換樹脂的脫鹽水裝置，作為脫鹽水的原水處理成為脫鹽水。該套污水流程主要分為一級(jí)處理、二級(jí)生化處理和回用裝置，一級(jí)處理通過隔油池、氣浮池去除水中的油和懸浮物，二級(jí)處理通過生化處理可降低95%的COD，通過一級(jí)和二級(jí)處理，生化部分出水COD達(dá)到50 mg/L以下、電導(dǎo)率達(dá)到了2 500 μs/cm以下。其中回用裝置的主要設(shè)施包括中速過濾器、臭氧接觸氧化池、盤片過濾器、超濾膜裝置、保安過濾器和反滲透膜裝置。

回用裝置生產(chǎn)流程為：曝氣生物濾池出水提升至中速過濾器，過濾后進(jìn)入臭氧接觸池，深度降解水中微量COD、氨氮，氧化出水進(jìn)入超濾裝置，阻截水中的大分子有機(jī)物、細(xì)菌等雜質(zhì)，超濾出水再經(jīng)高壓泵提升進(jìn)入反滲透膜，當(dāng)出水水質(zhì)電導(dǎo)率＜200 μs/cm時(shí)，經(jīng)回用水泵提升至脫鹽水裝置［5］。每套反滲透膜分為2段，第1段的進(jìn)水為原水，通過第1段的反滲透膜產(chǎn)出產(chǎn)水和濃水，其產(chǎn)水通過產(chǎn)水管線進(jìn)入產(chǎn)水池，第1段的濃水進(jìn)入第2段反滲透膜中，作為其原水，通過第2段反滲透膜的過濾，產(chǎn)出產(chǎn)水和濃水，產(chǎn)水進(jìn)入產(chǎn)水池，濃水排入污水系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2 反滲透技術(shù)的運(yùn)行維護(hù)

2.1 反滲透膜堵塞原因分析

反滲透膜在運(yùn)行過程中易存在堵塞的問題，原因?yàn)榧?xì)菌滋生、鈣、鎂離子結(jié)垢。針對(duì)細(xì)菌滋生問題，在超濾系統(tǒng)前端投加次氯酸鈉藥劑，在超濾系統(tǒng)中殺死細(xì)菌，并在出水中留用余氯，抑制細(xì)菌滋生，同時(shí)在反滲透進(jìn)水中投加非氧化性殺菌劑以殺死細(xì)菌［6］。但水中余氯會(huì)損害反滲透膜，在反滲透膜前端需要投加還原劑以消除余氯。針對(duì)鈣、鎂等離子結(jié)垢，在反滲透前端投加阻垢劑，阻垢劑和還原劑都從專業(yè)藥劑廠家購(gòu)買。在應(yīng)用實(shí)例中阻垢劑投加濃度5×10-6，還原劑濃度3×10-6，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2 化學(xué)清洗

在反滲透膜運(yùn)行一段時(shí)間后，膜內(nèi)會(huì)滋生細(xì)菌以及結(jié)垢，影響反滲透膜的產(chǎn)水量和脫鹽率。所以定期需要對(duì)反滲透膜進(jìn)行化學(xué)清洗［7］，化學(xué)清洗包括堿洗和酸洗，堿洗的作用是去除反滲透中的細(xì)菌等有機(jī)污染，酸洗的作用是去除反滲透膜中的無(wú)機(jī)污染和金屬氧化物。每次堿洗和酸洗的配藥濃度約為2.5%，堿洗劑和酸洗劑均從專業(yè)藥劑廠家購(gòu)買。對(duì)于重度污染的膜需要堿液和酸液的反復(fù)清洗，將反滲透中污染物質(zhì)去除。藥劑在清洗過程中采用沖擊加浸泡的循環(huán)方式，通過加藥泵向反滲透中加藥1 h后停止運(yùn)行加藥泵，關(guān)閉化學(xué)清洗的加藥和出藥閥門，將藥劑留在反滲透膜內(nèi)浸泡，浸泡2 h后，打開閥門，啟動(dòng)泵，循環(huán)沖擊和浸泡。在堿洗過程中，因?yàn)闅⑺牢⑸飼?huì)產(chǎn)生大量泡沫，應(yīng)及時(shí)清理，避免造成泡沫飛濺。

2.3 低壓沖洗

在線低壓沖洗是將濃水排水閥門、產(chǎn)水排水閥門及低壓沖洗進(jìn)水閥門同時(shí)打開，通過啟動(dòng)低壓沖洗泵，使水流在反滲透膜管內(nèi)產(chǎn)生紊流，沖洗膜表面的鹽分和污染物，再通過排放水閥門排走。低壓沖洗使用反滲透的產(chǎn)水作為沖洗水，避免產(chǎn)生二次污染。低壓沖洗在系統(tǒng)中被設(shè)置為常規(guī)操作，在開機(jī)和停機(jī)的過程中進(jìn)行1次，可設(shè)置成每d的例行操作，定期進(jìn)行沖洗。低壓沖洗的壓力、流量和時(shí)間都對(duì)沖洗效果有影響。流量一般大于運(yùn)行流量，應(yīng)避免流量過大，使鹽分擁堵在膜內(nèi)。運(yùn)行壓力一般以產(chǎn)水為準(zhǔn)，不需要施加過大壓力。操作時(shí)間為5～10 min。

3 反滲透技術(shù)的應(yīng)用效果

該應(yīng)用實(shí)例中，反滲透裝置為2套，以單套為例對(duì)水量和脫鹽率進(jìn)行分析。該反滲透系統(tǒng)使用東麗膜型號(hào)為TML20-400，單套為168支膜，分為2段。反滲透進(jìn)出水水質(zhì)和產(chǎn)量見表1。

表1 反滲透進(jìn)出水水質(zhì)和產(chǎn)量

由表1可見，（1）該處理廠在預(yù)處理段沒有脫鹽裝置，故反滲透進(jìn)水的電導(dǎo)率在1 000 μs/cm以上，屬鹽分偏高的水。經(jīng)過反滲透系統(tǒng)，出水電導(dǎo)率達(dá)到200 μs/cm以下，脫鹽率約為90%。（2）該型號(hào)反滲透膜裝置單套產(chǎn)水達(dá)到100 m3/h左右。（3）回收率控制在75%以下。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，反滲透產(chǎn)水可替代工業(yè)水作為脫鹽水裝置的原水（工業(yè)水電導(dǎo)率為300～500 μs/cm），達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。

4 反滲透技術(shù)的運(yùn)行問題及解決辦法

該套反滲透系統(tǒng)自建成起，在運(yùn)行過程中遇到了6個(gè)問題，影響了裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

（1）上游裝置來(lái)水電導(dǎo)率高、含油高。上游裝置來(lái)水成分復(fù)雜，電導(dǎo)率最高達(dá)5 000 μs/cm，含油最高達(dá)40 mg/L。電導(dǎo)率高造成反滲透運(yùn)行負(fù)荷超標(biāo)，影響膜裝置壽命。含油量高對(duì)反滲透膜造成污染，影響膜裝置壽命。將高電導(dǎo)率和高油污水改排至其他污水裝置，保證反滲透裝置的運(yùn)行。

（2）反滲透膜壓差高，化學(xué)清洗沒有效果。反滲透膜在運(yùn)行一段時(shí)間后，壓差增大，經(jīng)過化學(xué)清洗后，壓差沒有明顯降低，產(chǎn)水量也明顯減少。解決辦法是對(duì)反滲透膜進(jìn)行離線清洗，離線清洗后產(chǎn)水量、脫鹽率都恢復(fù)正常。

（3）鐵管線中鐵離子脫落。在水的運(yùn)輸過程中，經(jīng)過多段碳鋼管線，其中有部分管線的內(nèi)襯破損導(dǎo)致碳鋼管線中鐵離子脫落，隨水進(jìn)入到反滲透膜中。解決辦法是查找內(nèi)襯破損的管道對(duì)內(nèi)襯進(jìn)行恢復(fù)，避免鐵離子脫落。

（4）結(jié)垢問題。反滲透末端已發(fā)生結(jié)垢，由于反滲透第2段和第1段末端的壓力都較低，水流速低，鹽分不易被沖刷掉，在末端逐漸積累，其中CaCO3的結(jié)垢速度較快，其他難溶鹽的結(jié)構(gòu)速度較慢，例如硅酸鹽、硫酸鹽。在預(yù)防結(jié)垢的措施中，主要以投加阻垢劑為主，在運(yùn)行一定周期后進(jìn)行化學(xué)清洗，以溶解垢質(zhì)［8～12］。

（5）膜元件泄漏。在反滲透運(yùn)行過程中需要較高的壓力，在1 MPa左右，在開機(jī)、停機(jī)過程中會(huì)因排氣產(chǎn)生較大震動(dòng)，致使得密封部件如O型圈松動(dòng)，在運(yùn)行過程中會(huì)因?yàn)槲廴尽⒍氯葐栴}造成壓差高，中心管或外殼有破裂，導(dǎo)致泄漏。一般在開機(jī)過程中采用慢開閥門，使閥門緩慢打開，使反滲透的壓力逐步升高，避免沖擊。

（6）細(xì)菌污染。反滲透膜內(nèi)在前端，易產(chǎn)生細(xì)菌污染，其來(lái)源一般在超濾產(chǎn)水中，因季節(jié)等原因滋生細(xì)菌，反滲透的非氧化性殺菌劑在長(zhǎng)期投加后會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，使細(xì)菌滋生更加嚴(yán)重。在殺菌劑投加后，細(xì)菌雖然被殺死，失去活性，細(xì)菌的軀殼還留在反滲透中，仍會(huì)造成污染，其中有機(jī)物質(zhì)會(huì)成為其他細(xì)菌的食物［13～16］。

5 結(jié)束語(yǔ)

反滲透膜技術(shù)在工業(yè)廢水回用領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力，其產(chǎn)水可以代替工業(yè)水，已達(dá)到節(jié)能減排的標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際運(yùn)行中存在一些問題，如藥劑材料成本、濃水如何處置、對(duì)上游來(lái)水水質(zhì)的限制等。反滲透技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用還需加大研究力度，及時(shí)總結(jié)工業(yè)化過程中的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)其應(yīng)用空間。

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Application of reverse osmosis technology in waste water recycling of petrochemical industry

Meng Xiangbin，Cheng Xin，Lin Diansen
（Water&Gas Plant of PetroChina Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

This paper introduced the application of the reverse osmosis technology in industrial waste water recycling,and analyzed problems easily emerged during operation.It was concluded through calibration,when biochemical treatment effluent COD(chemical oxygen demand)is＜50 mg/L and the conductivity is＜2 500 μs/cm,the conductivity of reverse osmosis water is＜200 μs/cm,the mean value of water production capacity of single unit is 101 m3/h,and the recovery rate is＞70%.The problems such as the existed scaling,bacterial pollution and oil pollution during operation should be regulated according to water quality and recycle water usage requirement.

reverse osmosis technology;industrial waste water；operating maintenance

X74

B

1671-4962（2017）05-0029-03

2017-08-18

孟祥斌，男，工程師，2016年畢業(yè)于東北石油大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事化工企業(yè)能源管理工作。