摘   要:工业污水处理及有效回用是关注焦点和重大的研究课题,本文以炼化企业污水处理回用处理为例,以有效去除工业污水中的COD、降低TDS为目的,采用反渗透(RO)脱盐工艺和超滤(UF)预处理工艺,设计“超滤+反渗透”的双膜系统,较好地解决传统处理工艺出水水质不稳定、自动化程度低等问题,实现水资源循环利用率的最大化。 

  关键词:工业污水  处理  回用  超滤+反渗透 

  石油石化行业的污水处理是重要研究课题,要通过对工业污水的深度处理和再生利用的循环方式,较好地实现工业污水资源化的合理配置,引入“超滤+反渗透”双膜处理技术,利用其节能、高效、稳定、自动化的优势特点,进行工业污水处理及回用单元的脱盐处理,提高用水效率,减轻水环境污染和水资源浪费。 

  1  工业炼化污水回用处理技术及双膜系统概述 

  1.1 污水回用处理技术 

  常用的工业污水回用处理技术包括有:(1)活性炭吸附。利用具有多孔性的活性炭吸附去除废水中的污染物,主要是利用微生物的降解作用以及活性炭的物理吸附性,进行工业废水处理;(2)曝气生物滤池。采用生物接触氧化技术和普通给水滤池技术,将陶粒、活性炭装填进滤池中,通过鼓风机进行曝气提供生化反应所需的氧气,污水在微生物的强氧化分解及填料层的物理吸附作用下,吸附去除污水中的有机污染物;(3)臭氧接触氧化。利用臭氧的强氧化作用,将难降解的有机大分子转化为小分子有机物,降低出水的COD,提高出水的可生化性。在该处理技术之中,要充分考虑臭氧投加量、接触时间等因素;(4)膜生物反应器。这是将膜分离技术与生物处理法相结合的工艺,包括有膜组件和生物反应器,通过膜的高效分离替代二沉池,缩减处理单元的水力停滞时间,实现固液分离和污泥浓缩。 

  1.2 双膜系统 

  可以将超滤与反渗透相组合,成为一个“双膜”系统,共用同一个加药系统。其中:超滤膜材料采用聚醚砜(PES)材质的内压式膜和聚偏氟乙烯(PVDF)材质的外压式膜,反渗透膜材料主要采用醋酸纤维素(CA)膜和芳香聚酰胺(PA)复合膜。UF膜组件的过滤方式分为死端过滤和错流过滤,死端过滤是指原水由一端进入膜通道,再由另一端流出。错流过滤的滤膜表面不会产生浓差极化现象和结垢,然而过滤效果较左,回收率偏低。RO膜组件是一个完整的卷式反渗透膜组件,分为浓水回流循环式和原水一次通过式,较好地提高回收率[1]。 

  2  工业炼化污水处理回用措施的应用分析 

  对于工业炼化污水处理回用工艺,可以采用“全混”方案,将含油污水、电脱盐污水、循环水排污水、预处理后的碱渣污水完全混合,由污水处理系统统一处理并进入回用系统,最后作为循环水补水站原水进行使用。在工业污水处理回用工艺方案之中,以降低化学需氧量(COD)、总溶解固体含量(TDS)、悬浮物、氨氮为目标。 

  脱盐工艺。通过脱盐工艺可以有效降低水中的TDS含量,可以选用RO膜分离法作为脱盐工艺,对于原水预处理的要求较高,要求SDI≤3-5,达到单级脱盐99%以上。 

  反渗透预处理工艺。可以采用超滤膜技术作为反渗透预处理工艺,有效截留2~100nm之间的颗粒和杂质,产水浊度低于0.2NTU,高效去除胶体、细菌和微生物,体现出良好而稳定的出水水质特点。 

  2.1 膜元件选型及设计 

  2.1.1 超滤膜工艺方案设计与应用 

  超滤系统要达到出水SDI≤2,回收率≥88%。可以选用具有独特外环形集水孔壁结构的超滤膜组件,单套膜单元处理能力为132.5m3/h,设计处理能力为795m3/h,出水量达到700m3/h。 

  2.1.2 反渗透膜工艺设计与应用 

  反渗透膜系统要结合原水水质进行设计,设计处理水量为700m3/h,进水SDI≤2,回收率达到81.7%,出水TDS含量由2300mg/L降至120mg/L。同时,要将HCl投加到反渗透进水中,将进水pH值控制在6.5~7.5之间,避免CaCO3等难溶盐的结垢现象[2]。 

  2.1.3 超滤系统清洗设计与应用 

  由于存在超濾膜污染现象,如:膜表面吸附、膜孔堵塞、膜表面附着等,为此要进行超滤系统的清洗。清洗过程设计为:反冲洗。无须添加化学药剂,采用定期重复清洗的方式,可以去除膜表面吸附的滤饼层和膜孔中堵塞物质。通常采用超滤产品水作为反冲洗水,反冲洗水量设置为过滤水量的2~3倍,频率为40~60min/次,清洗时间为60s;CEB化学加强洗。先投入NaOH和NaClO进行碱洗,再投加HCl进行酸洗,有效去除超滤膜丝中的可逆性污染,弥补清水反洗不足的缺陷;CIP化学清洗。可以采用酸、碱、氧化性清洗剂,溶解和去除凝胶层中的有害物质。 

  2.1.4 反渗透膜污染应对措施 

  对于反渗透膜污染的应对措施主要包括有:(1)难溶性盐结垢。对于难溶性盐在膜表面或系统管路中析出固体沉淀物的现象,要添加专门的阻垢剂和HCl,防止CaCO3结垢的现象;(2)胶体及颗粒物沉积。可以采用超滤作为反渗透预处理技术,有效降低进水SDI值。并设置专门分析出水SDI值的分析仪,密切监控RO进水的SDI值,当其超标时则要及时清洗超滤膜;(3)微生物污染。可以在反渗透进水前添加NaHSO3、Na2HSO3等还原剂,实现工业污水的脱氧除氯处理;(4)冲洗过程。采用阻垢剂、杀菌剂可以防止难溶性盐造成的结垢及微生物污染现象,然而过滤过程中的膜面仍旧存在严重的浓差极化现象,对此要对膜进行物理冲洗或CIP化学清洗,以金属氧化物和CaCO3造成的无机盐垢为例,可以采用HCl进行酸洗,或采用磷酸、柠檬酸进行冲洗去除。因CaSO4、BaSO4造成的硫酸盐垢,则采用NaOH进行碱洗。 

  2.2 辅助设备及工艺管道流程设计与应用 

  (1)泵的选型。动设备如泵、压缩机、风机等存在能量消耗的现象,在进行设备选型的过程中,要确定介质性质,包括介质温度、比重、粘度、腐蚀性、毒性等,选取清水泵、油泵、化工泵或耐腐蚀泵。并确定流量和扬程,计算获悉泵的有效功率和轴功率。 

  (2)静设备及其他系统装置。要设置具有一定过滤精度的过滤器,避免大颗粒杂质对膜面的损害。同时,还要设计采用中间水池、超滤CIP清洗池、反渗透产水池、反渗透CIP清洗池、CIP废水中和池,确保双膜系统的稳定可靠运行。 

  (3)工艺管道流程设计与应用。UF系统。系统的6个膜单元配有独立的进水泵和自清洗过滤器,能够有效截留超过0.02um粒径的颗粒,确保后续反渗透膜组件的正常运行;RO系统。包括中间水池、增压泵、保安过滤器、反渗透膜等,进行工业出水的加压、脱盐处理、超滤膜清洗,实现资源的高效利用[3]。 

  3  结语 

  综上所述,工业污水处理及其回用可以采用“超滤+反渗透”双膜系统和工艺,选择反渗透(RO)作为脱盐处理工艺,超滤(UF)作为反渗透预处理工艺,较好地实现去除COD、降低TDS的污水处理回用效果,适用于炼化企业工业污水处理回用。后续还要深入探讨整个系统长期稳定运行的策略,扩大系统应用范围。 

  参考文献 

  [1] 赵振兴.工业污水处理PLC控制系统的研究[D].河北科技大学,2014. 

  [2] 张庭慧.首钢动力厂污水处理系统设计[D].东北大学,2013. 

  [3] 王泉.MBR工艺在炼油工业污水处理的应用研究[D].华南理工大学,2016.