納濾膜元件在煉油廢水深度處理
一、前言
煉油廠綜合廢水是一種成份復(fù)雜、不易處理的工業(yè)廢水，一般有三個(gè)來源構(gòu)成：
1.煉油廠工藝廢水；
2.成品油的脫水；
3.廠區(qū)生活污水；
通常，該綜合廢水經(jīng)過生化處理系統(tǒng)后排放，如下圖一:
圖1 煉油廢水生化處理工藝流程圖
一、納濾系統(tǒng)工藝
由于目前對石油化工行業(yè)的噸油耗水量提出了更嚴(yán)格的要求，因此煉油工業(yè)廢水的深度處理回用被逐步提到了重要地位。但是常規(guī)方法很難完成，而膜分離技 術(shù)作為一種新興的分離技術(shù)，在工業(yè)廢水回用方面不斷取得新的進(jìn)展。目前，超濾和反滲透膜已經(jīng)在部分煉油企業(yè)中得到了應(yīng)用。但是，在大多數(shù)回用領(lǐng)域并不需要 過高的脫鹽率，因此反滲透設(shè)備較高的運(yùn)行壓力會使得成本過高。這時(shí)，運(yùn)行壓力低、產(chǎn)水水質(zhì)好的納濾膜在煉油廢水處理回用上具有優(yōu)勢。目前，我國尚未大規(guī)模 在工業(yè)廢水處理回用中使用納濾膜。目前國內(nèi)采用納濾膜元件處理煉油廠綜合廢水并回用，預(yù)處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)多介質(zhì)過濾、臭氧和生物活性碳聯(lián)合工藝，回用工藝采用低污染型、親水性和電中性納濾膜元件，回用水藝產(chǎn)水分為三部分:
1.部分供給納濾膜系統(tǒng)；
2.部分作為綠化用水；
3. 另一部分與納濾產(chǎn)水混合后作為冷卻水供入廠區(qū)，混合水以電導(dǎo)率小于1500 μs/cm為標(biāo)準(zhǔn),詳見工藝流程見圖2
圖2 深度回用處理工藝流程簡圖
納濾膜系統(tǒng)采用節(jié)能型納濾膜元件，可以有效的脫除硬度、鐵、色度及三鹵 甲烷等物質(zhì)。在極低的壓力下即可獲得高水通量。低壓操作不僅僅能耗低，而且相關(guān)的水泵、管路及壓力容器等也更為便宜。這種膜均為性能可靠的表面帶負(fù)電性的 芳香聚酰胺復(fù)合膜，由于在使用過程中能明顯的節(jié)省設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用，因而應(yīng)用日益廣泛。該種納濾膜具有低污染特性，這主要是改變了膜表面的親水性和電性，經(jīng)過改性的納濾膜分離層，具有更好的親水性，且膜表面從負(fù)電性轉(zhuǎn)變成電中性。這些改變使得膜元件更加親水，且污染物 更不容易在膜表面吸附沉積。
三、運(yùn)行參數(shù)及處理效果
含油廢水給水中CODCr的含量平均達(dá)到40 mg/L，最高時(shí)甚至達(dá)到300mg/L時(shí)，納濾膜元件面臨著嚴(yán)重的污染。因此在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為了盡量減少水中污染物對膜表面的污染，每日有兩次物理沖洗，沖洗采用納濾產(chǎn)水，每次歷時(shí) 約20分鐘。采用納濾產(chǎn)水進(jìn)行沖洗主要是由于納濾產(chǎn)水的溶解能力比原水更強(qiáng)，對污染物的沖洗效果更好。系統(tǒng)運(yùn)行約60天后，需進(jìn)行一次化學(xué)清洗,下表以一份中試結(jié)果進(jìn)行分析:
表1 納濾系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)變化范圍為3個(gè)月內(nèi)
項(xiàng) 目 | 單 位 | 變化范圍 | 平均值 |
pH值 | N/A | 7.07 – 8.13 | 7.59 |
溫度 | ℃ | 30 – 42 | 35 |
CODCr | mg/L | 5.45 – 279.8 | 32.2 |
油 | mg/L | 0.87 – 2.01 | 1.39 |
電導(dǎo)率 | μs/cm | 1150 – 2860 | 2 298 |
濁度 | NTU | 1.07 – 5.87 | 2.29 |
Ca2+ | mg/L | 119.8 – 269.3 | 215 |
Mg2+ | mg/L | 154.3 – 265.6 | 197 |
SO42- | mg/L | 411.9 – 605.6 | 508 |
總鐵 | mg/L | 0.18 – 0.98 | 0.6 |
系統(tǒng)的產(chǎn)水量和工作壓力相對穩(wěn)定，見圖3。
圖3 運(yùn)行期間進(jìn)水壓力和產(chǎn)水量的變化
從圖3中可以看出，在400天里產(chǎn)水量平均大于65 m3/h，運(yùn)行壓力平均為0.60 MPa。當(dāng)產(chǎn)水量下降而運(yùn)行壓力升高時(shí)，經(jīng)過清洗可以非常有效的恢復(fù)原有的水量和壓力。下面通過對一個(gè)清洗周期的分析，可以更清晰的說明納濾膜系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。
四、產(chǎn)水量和回收率的關(guān)系
化學(xué)清洗周期內(nèi)納濾膜系統(tǒng)產(chǎn)水量和系統(tǒng)回收率的關(guān)系，由下圖中可以看到，納濾膜系統(tǒng)的回收率在一個(gè)周期內(nèi)絕大多數(shù)時(shí)間均大于75 %。在周期末的幾天，由于膜表面污染加劇，產(chǎn)水量有所下降達(dá)到52 m3/h，致使系統(tǒng)回收率降低。這表明系統(tǒng)需要進(jìn)入清洗步驟了。而在周期開始的前幾天，產(chǎn)水量達(dá)到90 m3/h，這說明前一個(gè)周期末的化學(xué)清洗效果十分明顯。
圖4 納濾膜系統(tǒng)產(chǎn)水量和回收率之間的關(guān)系
五、運(yùn)行壓力的變化
通過對同一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的進(jìn)水壓力及濃水排放壓力的分析。如圖5所示，絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，兩段納濾系統(tǒng)的壓力損失在0.15 MPa。進(jìn)水壓力與農(nóng)水排放壓力的差是一個(gè)非常重要的參數(shù)。在兩段納濾系統(tǒng)中，通常有12支膜元件串聯(lián)的系統(tǒng)中，0.15 MPa是一個(gè)相當(dāng)?shù)偷膲毫p失，這不但保證了泵工作的穩(wěn)定，同時(shí)也降低了能量消耗，使系統(tǒng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)，成本更低。同時(shí)也說明膜污染并不嚴(yán)重。
圖6 納濾系統(tǒng)進(jìn)水壓力和濃水排放壓力的變化
六、納濾系統(tǒng)脫鹽率的變化
四百多天的運(yùn)行過程中，進(jìn)水電導(dǎo)率和產(chǎn)水電導(dǎo)率如圖6所示。進(jìn)水電導(dǎo)率在1 500 μs/cm和3 000 μs/cm之間波動，而產(chǎn)水電導(dǎo)率穩(wěn)定在250 μs/cm左右。脫鹽率的變化記錄在圖7中。從該圖中可以看出，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后的脫鹽率始終在90 %以上，初期脫鹽率稍低是由于系統(tǒng)運(yùn)行初期的進(jìn)水電導(dǎo)率較高。同時(shí)，膜元件內(nèi)部存在部分亞硫酸氫鈉保護(hù)液，需要一定的時(shí)間漂洗。
圖6 納濾系統(tǒng)進(jìn)、出水電導(dǎo)率的變化
圖7 納濾系統(tǒng)脫鹽率的變化
七、納濾系統(tǒng)對CODCr的去除效果
CODCr是工業(yè)廢水經(jīng)常監(jiān)測的重要指標(biāo)之一。廢水回用點(diǎn)通常對水中的CODCr含量有很嚴(yán)格的要求。煉油廠排出的廢水中一搬含有10 – 300 mg/L的CODCr，其波動范圍很大，而納濾的產(chǎn)水CODCr的含量穩(wěn)定在20 mg/L以下，見圖8。一般傳統(tǒng)的處理方法對CODCr的去除率會隨著進(jìn)水CODCr含量的變化而波動，且波動范圍大。但是納濾膜由于其穩(wěn)定的分離性能，使得產(chǎn)水的CODCr含量相對穩(wěn)定，耐沖擊能力強(qiáng)，這對于廢水回用有相當(dāng)大的幫助。該系統(tǒng)的CODCr去除率見圖9。
圖8 納濾系統(tǒng)進(jìn)、出水CODCr的變化
圖9 納濾系統(tǒng)對CODCr的脫除率
八、 結(jié)論
納濾膜元件可以有效的應(yīng)用于煉油廢水的處理回用，運(yùn)行壓力遠(yuǎn)低于反滲透系統(tǒng)，只有0.55 MPa，且壓力損失只有0.40 MPa。這說明在長期運(yùn)行中納濾系統(tǒng)的工作十分穩(wěn)定。產(chǎn)水量高于60 m3/h，且回收率大于75 %。對于廢水中CODCr的去除率可以達(dá)到70 %以上，且脫鹽率穩(wěn)定高于90%。
因此，在煉油廢水的處理回用中，納濾膜元件可以達(dá)到理想的處理效果。經(jīng)過長期運(yùn)行，納濾膜元件的運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)定。
