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(ye)是(shi)一個用水(shui)(shui)(shui)大(da)(da)戶，近年來，隨著水(shui)(shui)(shui)資(zi)源(yuan)日益匱乏，水(shui)(shui)(shui)源(yuan)的(de)供給已經(jing)成為限制企業(ye)擴(kuo)產(chan)、增(zeng)產(chan)的(de)制約因素(su)。一方(fang)面(mian)水(shui)(shui)(shui)資(zi)源(yuan)嚴(yan)重短缺，另一方(fang)面(mian)工業(ye)用水(shui)(shui)(shui)浪(lang)費問題嚴(yan)重、耗水(shui)(shui)(shui)量(liang)大(da)(da)，目前我國每(mei)加(jia)(jia)工一噸原油的(de)取水(shui)(shui)(shui)量(liang)與發達國家相比還有(you)相當的(de)差距（加(jia)(jia)工噸油的(de)水(shui)(shui)(shui)消耗量(liang)是(shi)國外的(de)近5倍）。
為了緩解水(shui)(shui)資源(yuan)短缺(que)，各石化企業作了兩(liang)方面的(de)工(gong)(gong)作，一是(shi)(shi)節約用水(shui)(shui)，特別(bie)是(shi)(shi)提高工(gong)(gong)業用水(shui)(shui)的(de)利(li)用率；二是(shi)(shi)尋(xun)找新的(de)可(ke)利(li)用非傳統水(shui)(shui)資源(yuan)（工(gong)(gong)業污水(shui)(shui)、生活污水(shui)(shui)、海(hai)水(shui)(shui)等），最為可(ke)行的(de)途徑(jing)是(shi)(shi)實現(xian)污水(shui)(shui)回用。
使用(yong)非(fei)傳統(tong)水(shui)(shui)(shui)資(zi)源(yuan)面臨的問題(ti)是(shi)水(shui)(shui)(shui)源(yuan)水(shui)(shui)(shui)質惡化(hua)、污(wu)染(ran)物(wu)更加復雜(za)，常規的水(shui)(shui)(shui)處(chu)理工(gong)藝(yi)（包括生化(hua)處(chu)理、混凝(ning)、澄清、氣浮(fu)、活性(xing)炭吸附等(deng)）不(bu)能高效地(di)去除這些污(wu)染(ran)物(wu)，只(zhi)能實(shi)(shi)現污(wu)水(shui)(shui)(shui)的簡(jian)單(dan)回用(yong)，如(ru)沖廁、綠化(hua)等(deng)，不(bu)能實(shi)(shi)現真正意義的回用(yong)，如(ru)代替自來(lai)水(shui)(shui)(shui)、鍋爐用(yong)水(shui)(shui)(shui)、工(gong)業工(gong)藝(yi)用(yong)水(shui)(shui)(shui)等(deng)。作的最好的也(ye)只(zhi)是(shi)回用(yong)于循環水(shui)(shui)(shui)補水(shui)(shui)(shui)。膜(mo)法水(shui)(shui)(shui)處(chu)理技(ji)術(shu)的應用(yong)可使大部分(fen)的工(gong)業污(wu)水(shui)(shui)(shui)得到回用(yong)。膜(mo)分(fen)離技(ji)術(shu)是(shi)近幾(ji)年來(lai)發展迅速的一種(zhong)高新技(ji)術(shu)，具有分(fen)離效果好、占地(di)小(xiao)、操作簡(jian)單(dan)、安全環保優點。
本文主要闡述煉油(you)(you)廠利用(yong)(yong)(yong)其污(wu)水廠處(chu)理后(hou)的(de)外排污(wu)水做為原水，經合理的(de)深(shen)度處(chu)理后(hou)，達到一(yi)定(ding)的(de)水質標(biao)準，回(hui)用(yong)(yong)(yong)至煉油(you)(you)廠鍋爐(lu)補給水系統。特別是在(zai)石化(hua)工(gong)業污(wu)水回(hui)用(yong)(yong)(yong)的(de)膜深(shen)度處(chu)理技術方(fang)面，燕山石化(hua)公司(si)與浙江歐美(mei)環境工(gong)程有限公司(si)合作做了(le)(le)大量(liang)的(de)試驗工(gong)作，在(zai)此基(ji)礎上建成了(le)(le)燕山石化(hua)煉油(you)(you)廠410 m3/h的(de) “超濾+反滲透”膜法回(hui)用(yong)(yong)(yong)污(wu)水除(chu)鹽裝置(zhi)，將污(wu)水經除(chu)鹽后(hou)回(hui)用(yong)(yong)(yong)于(yu)鍋爐(lu)補給水，實(shi)現了(le)(le)真正(zheng)意義(yi)的(de)污(wu)水回(hui)用(yong)(yong)(yong)。
2 “全膜法”水處理工藝
全(quan)膜(mo)法(Integrated Membrane Technology, IMT)水(shui)處理(li)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)，是浙(zhe)江歐(ou)美環境工(gong)(gong)(gong)程有(you)限公司基(ji)于多年的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)程實踐經驗，圍繞先進(jin)的(de)(de)膜(mo)科技而提出(chu)的(de)(de)全(quan)新的(de)(de)水(shui)處理(li)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)設計(ji)理(li)念。它將不同的(de)(de)膜(mo)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)有(you)機地組合在一起，以經過生化、過濾等常規(gui)處理(li)后達(da)標排放的(de)(de)市政污水(shui)、工(gong)(gong)(gong)業廢水(shui)為進(jin)水(shui)，采用“超(chao)濾→反滲(shen)透→EDI”的(de)(de)組合工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)，達(da)到高效去除(chu)污染物以及(ji)深度脫鹽(yan)的(de)(de)目的(de)(de)，滿足各種用途的(de)(de)水(shui)質要(yao)求。
超濾是專(zhuan)為中水(shui)回用(yong)、污(wu)水(shui)/廢水(shui)處理、反滲透(tou)預處理設計的膜分離(li)產品。它采用(yong)親(qin)水(shui)性PVDF材質，抗氧(yang)化、耐(nai)酸堿(jian)，具備優良的抗污(wu)染性能以及大通量的保(bao)證，適應最復雜(za)的水(shui)質，已經達到國(guo)際先進水(shui)平，在國(guo)內(nei)外廢水(shui)回用(yong)領域已獲得(de)了廣泛的應用(yong)。
反(fan)滲透作為脫(tuo)鹽(yan)(yan)系統的(de)核心，已廣泛(fan)應用于各種(zhong)廢水(shui)回收利用。采(cai)用反(fan)滲透脫(tuo)鹽(yan)(yan)較經(jing)濟(ji)，原水(shui)含鹽(yan)(yan)量越高，反(fan)滲透經(jing)濟(ji)性越明(ming)顯，尤其是當(dang)含鹽(yan)(yan)量超過300mg/L，反(fan)滲透脫(tuo)鹽(yan)(yan)比離子交換更經(jing)濟(ji)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(mo)(mo)法”工藝中，超濾預處(chu)理可以(yi)截留原水(shui)中的各種懸浮物、膠體以(yi)及有機(ji)污(wu)染(ran)物，同時實現(xian)保護下游反滲(shen)透(tou)膜(mo)(mo)、延長反滲(shen)透(tou)膜(mo)(mo)壽(shou)命的作用；反滲(shen)透(tou)處(chu)理可進一步(bu)去除(chu)98%的無(wu)機(ji)離子(zi)、硅、有機(ji)物；而EDI則可去除(chu)剩余(yu)離子(zi)、硅等。
全膜(mo)法(IMT)水(shui)(shui)處(chu)理(li)技術作為(wei)一種先進(jin)的膜(mo)法水(shui)(shui)處(chu)理(li)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，現已成(cheng)功應用(yong)(yong)(yong)(yong)于石化、電(dian)(dian)力、石油(you)、冶金、制藥(yao)(yao)以(yi)及市(shi)政(zheng)等多個(ge)領域，能夠(gou)將(jiang)海水(shui)(shui)、苦咸水(shui)(shui)、市(shi)政(zheng)及工(gong)(gong)(gong)業(ye)廢水(shui)(shui)等處(chu)理(li)成(cheng)符(fu)合各種要求(qiu)的工(gong)(gong)(gong)業(ye)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)或(huo)者生(sheng)活(huo)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)，產(chan)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質達到電(dian)(dian)子超純(chun)水(shui)(shui)、鍋爐補給水(shui)(shui)以(yi)及各種工(gong)(gong)(gong)藝(yi)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)、回(hui)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)的要求(qiu)。IMT系統(tong)不僅使得廢水(shui)(shui)資源(yuan)得到回(hui)用(yong)(yong)(yong)(yong)，而且該系統(tong)完全以(yi)物理(li)分離(li)的方式實現水(shui)(shui)的凈化，無需大量使用(yong)(yong)(yong)(yong)酸堿等化學藥(yao)(yao)劑，是工(gong)(gong)(gong)業(ye)純(chun)水(shui)(shui)制備的清潔生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)。
3 污水回用(yong)處理(li)工藝流程
設計反滲透產水(shui)規模410m3/h，超濾產水(shui)規模560m3/h。
從西(xi)區輸來的回用污水(shui)(shui)(shui)進(jin)入300m3原水(shui)(shui)(shui)罐，再經過(guo)原水(shui)(shui)(shui)提升泵(beng)進(jin)入超(chao)濾裝(zhuang)置(zhi)，去(qu)(qu)除水(shui)(shui)(shui)中的細(xi)菌殘(can)體、膠(jiao)體微粒、大分子(zi)的有機物等(deng)(deng)，超(chao)濾出(chu)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質達到反(fan)滲(shen)(shen)透(tou)裝(zhuang)置(zhi)的進(jin)水(shui)(shui)(shui)條件；超(chao)濾出(chu)水(shui)(shui)(shui)投加還原劑和阻垢劑經高壓泵(beng)加壓進(jin)入反(fan)滲(shen)(shen)透(tou)裝(zhuang)置(zhi)，反(fan)滲(shen)(shen)透(tou)裝(zhuang)置(zhi)主要去(qu)(qu)除水(shui)(shui)(shui)中溶解鹽類、SiO2膠(jiao)體等(deng)(deng)，反(fan)滲(shen)(shen)透(tou)產水(shui)(shui)(shui)再入原有離(li)子(zi)交換(huan)系統進(jin)一(yi)步除鹽后用于鍋爐補給(gei)水(shui)(shui)(shui)。
4 原水水質
原(yuan)水是燕(yan)化西區(qu)輸送過來(lai)的回用污水，其水質如下(xia)表所示。
燕化西區輸送過(guo)來的回用(yong)污水水質參數
序號 項目(mu) 單位 數
1 PH 6.5-8.5
2 可溶(rong)性固體(ti) mg/L 1083
3 懸浮性固體(ti) mg/L 6.7
4 COD mg/L 34
5 總硬度 mg/L 385
6 總堿(jian)度(du) mg/L 68.5
7 鈣離(li)子 mg/L 270
8 氯離(li)子 mg/L 201
9 鉀離子 mg/L 4.3
10 氨氮 mg/L 1
11 電導率 μs/cm 1710
燕山石化運用歐(ou)美水(shui)處理系(xi)統后產(chan)水(shui)水(shui)質參數
序號 項目 單(dan)位 數
1 PH 6.5
2 懸浮性固(gu)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(du) mg/L 小于2
6 鈣離子 mg/L 小于5.4
7 氯離子 mg/L 小于(yu)4
8 鉀離子 mg/L 小(xiao)于0.01
9 氨氮(dan) mg/L 0
10 電導率 μs/cm 小于15
5 主要設備的設計(ji)參數
4.1 超濾裝置
系統設計超濾裝置10套(tao)，設計處(chu)理量560m3/h，產水(shui)SDI≤3.0，產水(shui)濁度≤0.2，自用(yong)水(shui)率≤5%。
系統采用全(quan)自動(dong)控制，10套超濾裝置可(ke)同時運(yun)行，也可(ke)單獨運(yun)行，根據用水量要(yao)求靈活投運(yun)。
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(xi)列超(chao)濾(lv)膜(mo)，采(cai)用(yong)聚(ju)偏氟乙烯（PVDF）材(cai)料(liao)，系(xi)雙(shuang)皮層中空(kong)纖(xian)維結構，可長期耐(nai)受高濃度的氧化(hua)劑，充分抑制(zhi)微(wei)生物繁(fan)殖。采(cai)用(yong)不易堵塞的外壓式(shi)結構，具(ju)有更(geng)(geng)高的截污量(liang)(liang)，更(geng)(geng)大的過濾(lv)面積，使清洗更(geng)(geng)簡便(bian)、徹底。采(cai)用(yong)全(quan)流(liu)過濾(lv)方式(shi)，自用(yong)水量(liang)(liang)小。
4.2 反滲裝置
系統設計反(fan)滲透裝置(zhi)4套，設計產(chan)水量410m3/h，每(mei)套產(chan)水103m3/h脫鹽率≥98%，回收率≥75%。
反(fan)滲(shen)透采用(yong)(yong)DOW的(de)BW30-365FR抗污(wu)染(ran)膜(mo)(mo)，一(yi)級二段排列，抗污(wu)染(ran)反(fan)滲(shen)透膜(mo)(mo)且(qie)具有親水性，對有機(ji)物的(de)吸附性小，膜(mo)(mo)元件和系統運(yun)行壽(shou)命長(chang)，可(ke)延長(chang)膜(mo)(mo)的(de)清洗(xi)周期，降低清洗(xi)費用(yong)(yong)。
4.3 工藝輔(fu)助系統(tong)
（1）氧(yang)化劑加(jia)藥裝置，用(yong)于向超(chao)濾(lv)進(jin)水和反洗(xi)水中投加(jia)氧(yang)化劑，防止(zhi)細菌等微生物(wu)在超(chao)濾(lv)膜繁殖并去除部(bu)分有機物(wu)。
（2）還(huan)原劑(ji)裝置，用于(yu)向反滲透(tou)進水投加還(huan)原劑(ji)，還(huan)原水中的(de)氧化性物質，保護反滲透(tou)膜。
（3）阻垢(gou)劑加藥(yao)裝置(zhi)，用于(yu)向反滲(shen)透進(jin)水(shui)中(zhong)投加阻垢(gou)劑，以(yi)防止膜元件結垢(gou)。
6 運行情況
該(gai)項目于2004年11月初通過燕(yan)山石化公司驗收并(bing)投入連續的工業應用，裝置運(yun)行穩定，各項性能指標達到合(he)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(hui)收率≥75%
脫鹽率＞98%
產水(shui)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(jin)行(xing)除(chu)鹽后用于(yu)鍋(guo)爐補給水，代替(ti)了原(yuan)(yuan)來一(yi)直使(shi)用的新鮮水（地表(biao)水），新鮮水取用比(bi)原(yuan)(yuan)來減少(shao)500m3/h（ 4000000m3/年(nian)）， 外排污水量減少(shao)400m3/h（ 3200000m3/年(nian)）。
采(cai)用(yong)膜法水技(ji)術(shu)加上原(yuan)有離子(zi)交(jiao)換(huan)系(xi)統對回(hui)用(yong)污水進行除鹽(yan)用(yong)于(yu)鍋(guo)爐(lu)補(bu)(bu)給(gei)水與(yu)原(yuan)離子(zi)交(jiao)換(huan)系(xi)統采(cai)用(yong)新鮮水（地表水）除鹽(yan)用(yong)于(yu)鍋(guo)爐(lu)補(bu)(bu)給(gei)水的噸水運行費用(yong)比較(jiao)如下(xia)表：
項目 價(jia)格 噸(dun)(dun)除鹽水(shui)(shui)消耗 噸(dun)(dun)除鹽水(shui)(shui)費用 新鮮(xian)水(shui)(shui) 回用污水(shui)(shui) 新鮮(xian)水(shui)(shui) 回用污水(shui)(shui)
電 0.52元(yuan)/kw.h 0.76kw.h 1.13kw.h 0.4 0.79
酸(suan) 1610元(yuan)/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
化學藥劑 0.28
液氨 0.02
合計 7.04 4.55
從上表可(ke)以看(kan)出，膜法回用污(wu)水(shui)(shui)除鹽(yan)裝置建成(cheng)后(hou)，污(wu)水(shui)(shui)代替了(le)新(xin)鮮水(shui)(shui)，每噸除鹽(yan)水(shui)(shui)的運行成(cheng)本降低(di)了(le)2.49元，除鹽(yan)水(shui)(shui)量按(an)(an)400t/h，年(nian)運行時間按(an)(an)8000h計算，則除鹽(yan)水(shui)(shui)系(xi)統每年(nian)可(ke)節(jie)約(yue)運行700多萬(wan)元。
8 膜法水處理(li)技術在污水回用領域的(de)應(ying)用前景
膜(mo)技(ji)術是一門嶄新的跨學(xue)科(ke)實用(yong)化(hua)技(ji)術。半個(ge)世(shi)紀以(yi)來，膜(mo)技(ji)術已成功地在海水(shui)、苦咸水(shui)淡化(hua)，純水(shui)、超純水(shui)制備以(yi)及工業廢水(shui)處理(li)等(deng)方(fang)面得到規模化(hua)應用(yong)。此外，它(ta)在食品加(jia)工、醫藥制造以(yi)及化(hua)學(xue)工業的許(xu)多方(fang)面都有極佳表現，被公認為是21世(shi)紀最有前(qian)途(tu)的高新技(ji)術之(zhi)一。
水(shui)質是(shi)決定水(shui)的(de)用(yong)(yong)途的(de)關鍵因素，單一(yi)的(de)物化(hua)或生(sheng)化(hua)處理很難達到各種不(bu)同用(yong)(yong)途的(de)回(hui)用(yong)(yong)要求。采用(yong)(yong)膜法水(shui)處理技術與其它技術的(de)嫁接(jie)，可(ke)以實現(xian)市政污(wu)水(shui)和(he)工業廢水(shui)的(de)綜合(he)利(li)用(yong)(yong)。而(er)它們(men)的(de)組合(he)工藝是(shi)使(shi)污(wu)水(shui)得到回(hui)用(yong)(yong)的(de)一(yi)個重要途徑，它確(que)保了污(wu)水(shui)回(hui)用(yong)(yong)處理工藝的(de)廣(guang)泛(fan)適應性和(he)低成本的(de)運行和(he)維護。膜法水(shui)處理工藝因產(chan)水(shui)水(shui)質好，效率高，占地少(shao)等優點，必將在污(wu)水(shui)回(hui)用(yong)(yong)處理領域(yu)得到廣(guang)泛(fan)應用(yong)(yong)。
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