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反滲透技術在石化工業廢水回用中的應用
來源: | 發布時間:2018-9-15 19:03:37 | 瀏覽次數:

反滲透技術的作用是去除水中鹽分,其原理是通過在半透膜一側施加大于滲透壓的壓力,將凈水壓至產水段,將鹽分留在濃水段。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,也可去除有機物和細菌等大分子,在廢水處理中已廣泛應用。

1反滲透技術的系統流程

以某石化公司水氣廠污水處理廠中水回用系統作為案例分析。該污水處理廠上游來水成分以石油化工廠含油污水為主,裝置的主要設施包括隔油池、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入回用裝置,經過超濾膜和反滲透膜進行處理,然后進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處理、二級生化處理和回用裝置,一級處理通過隔油池、氣浮池去除水中的油和懸浮物,二級處理通過生化處理可降低95%的COD,通過一級和二級處理,生化部分出水COD達到50 mgL以下、電導率達到了2 500us/cm以下。其中回用裝置的主要設施包括中速過濾器、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。

回用裝置生產流程為:曝氣生物濾池出水提升至中速過濾器,過濾后進人臭氧接觸池,深度降解水中微量COD、氨氮,氧化出水進入超濾裝置,阻截水中的大分子有機物、細菌等雜質,超濾出水再經高壓泵提升進入反滲透膜,當出水水質電導率<200μs/cm時,經回用水泵提升至脫鹽水裝置。每套反滲透膜分為2段,第1段的進水為原水,通過第1段的反滲透膜產出產水和濃水,其產水通過產水管線進入產水池,第l段的濃水進入第2段反滲透膜中,作為其原水,通過第2段反滲透膜的過濾,產出產水和濃水,產水進入產水池,濃水排入污水系統進行處理。

2反滲透技術的運行維護

反滲透膜堵塞原因分析

反滲透膜在運行過程中易存在堵塞的問題,原因為細菌滋生、鈣、鎂離子結垢。針對細菌滋生問題,在超濾系統前端投加次氯酸鈉藥劑,在超濾系統中殺死細菌,并在出水中留用余氯,抑制細菌滋生,同時在反滲透進水中投加非氧化性殺菌劑以殺死細菌。但水中余氯會損害反滲透膜,在反滲透膜前端需要投加還原劑以消除余氯。針對鈣、鎂等離子結垢,在反滲透前端投加阻垢劑,阻垢劑和還原劑都從專業藥劑廠家購買。在應用實例中阻垢劑投加濃度5×10-6,還原劑濃度3×10-6,根據進水水質進行調節。

化學清洗

在反滲透膜運行一段時間后,膜內會滋生細菌以及結垢,影響反滲透膜的產水量和脫鹽率。所以定期需要對反滲透膜進行化學清洗,化學清洗包括堿洗和酸洗,堿洗的作用是去除反滲透中的細菌等有機污染,酸洗的作用是去除反滲透膜中的無機污染和金屬氧化物。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藥劑廠家購買。對于重度污染的膜需要堿液和酸液的反復清洗,將反滲透中污染物質去除。藥劑在清洗過程中采用沖擊加浸泡的循環方式,通過加藥泵向反滲透中加藥1h后停止運行加藥泵,關閉化學清洗的加藥和出藥閥門,將藥劑留在反滲透膜內浸泡,浸泡2h后,打開閥門,啟動泵,循環沖擊和浸泡。在堿洗過程中,因為殺死微生物會產生大量泡沫,應及時清理,避免造成泡沫飛濺。

低壓沖洗

在線低壓沖洗是將濃水排水閥門、產水排水閥門及低壓沖洗進水閥門同時打開,通過啟動低壓沖洗泵,使水流在反滲透膜管內產生紊流,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水作為沖洗水,避免產生二次污染。低壓沖洗在系統中被設置為常規操作,在開機和停機的過程中進行1次,可設置成每d的例行操作,定期進行沖洗。低壓沖洗的壓力、流量和時間都對沖洗效果有影響。流量一般大于運行流量,應避免流量過大,使鹽分擁堵在膜內。運行壓力一般以產水為準,不需要施加過大壓力。操作時間為5~10 min。

3反滲透技術的應用效果

該應用實例中,反滲透裝置為2套,以單套為例對水量和脫鹽率進行分析。該反滲透系統使用東麗膜型號為TML20—400,單套為168支膜,分為2段。反滲透進出水水質和產量見表1。

由表1可見,(1)該處理廠在預處理段沒有脫鹽裝置,故反滲透進水的電導率在1 000μs/cm以上,屬鹽分偏高的水。經過反滲透系統,出水電導率達到20μs/cm以下,脫鹽率約為90%。(2)該型號反滲透膜裝置單套產水達到100 m3/h左右。(3)回收率控制在75%以下。根據數據分析,反滲透產水可替代工業水作為脫鹽水裝置的原水(工業水電導率為300~500μs/cm),達到節能減排的目標。

4反滲透技術的運行問題及解決辦法

該套反滲透系統自建成起,在運行過程中遇到了6個問題,影響了裝置的長周期運行。

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

(2)反滲透膜壓差高,化學清洗沒有效果。反滲透膜在運行一段時間后,壓差增大,經過化學清洗后,壓差沒有明顯降低,產水量也明顯減少。解決辦法是對反滲透膜進行離線清洗,離線清洗后產水量、脫鹽率都恢復正常。

(3)鐵管線中鐵離子脫落。在水的運輸過程中,經過多段碳鋼管線,其中有部分管線的內襯破損導致碳鋼管線中鐵離子脫落,隨水進入到反滲透膜中。解決辦法是查找內襯破損的管道對內襯進行恢復,避免鐵離子脫落。

(4)結垢問題。反滲透末端已發生結垢,由于反滲透第2段和第l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的結垢速度較快,其他難溶鹽的結構速度較慢,例如硅酸鹽、硫酸鹽。在預防結垢的措施中,主要以投加阻垢劑為主,在運行一定周期后進行化學清洗,以溶解垢質隨刪。

(5)膜元件泄漏。在反滲透運行過程中需要較高的壓力,在1 MPa左右,在開機、停機過程中會因排氣產生較大震動,致使得密封部件如O型圈松動,在運行過程中會因為污染、堵塞等問題造成壓差高,中心管或外殼有破裂,導致泄漏。一般在開機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)細菌污染。反滲透膜內在前端,易產生細菌污染,其來源一般在超濾產水中,因季節等原因滋生細菌,反滲透的非氧化性殺菌劑在長期投加后會使細菌產生耐藥性,使細菌滋生更加嚴重。在殺菌劑投加后,細菌雖然被殺死,失去活性,細菌的軀殼還留在反滲透中,仍會造成污染,其中有機物質會成為其他細菌的食物。

反滲透膜技術在工業廢水回用領域有巨大的應用潛力,其產水可以代替工業水,已達到節能減排的標準,但在實際運行中存在一些問題,如藥劑材料成本、濃水如何處置、對上游來水水質的限制等。反滲透技術大規模應用還需加大研究力度,及時總結工業化過程中的經驗,開發其應用空間。

 
 
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