反滲透技術在石化工業廢水回用中的應用

孟祥斌，程 鑫，林殿森

（中國石油大慶石化公司水氣廠，黑龍江大慶163714）

反滲透技術在石化工業廢水回用中的應用

孟祥斌，程 鑫，林殿森

（中國石油大慶石化公司水氣廠，黑龍江大慶163714）

介紹了反滲透技術在工業廢水回用中的使用情況，分析了運行過程中易出現的問題。通過標定得出結論，當生化出水COD（化學需氧量）＜50 mg/L、電導率＜2 500 μs/cm的條件下，反滲透產水電導率＜200 μs/cm、單套產水量平均值為101 m3/h，回收率＞70%。運行中存在的結垢、細菌污染、油污染等問題，應根據水質和回用水使用需求進行調節。

反滲透技術；工業廢水；運行維護

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［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［3，4］。

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 mg/L以下、電導率達到了2 500 μs/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，過濾后進入臭氧接觸池，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＜200 μs/cm時，經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1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

2.1 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［6］。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。

2.2 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［7］，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1 h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2 h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。

2.3 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。

表1 反滲透進出水水質和產量

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1 000 μs/cm以上，屬鹽分偏高的水。經過反滲透系統，出水電導率達到200 μs/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300～500 μs/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5 000 μs/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［8～12］。

（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［13～16］。

5 結束語

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。

［1］崔玲，李輝.反滲透技術在電磁鍋爐給水處理中的應用［J］.工業用水與廢水，1999（4）：11-12.

［2］馮逸仙，楊世純.反滲透水處理工程［M］.北京：中國電力出版社，2000：45-53.

［3］官愛令，溫建麟，常艷群.生化與臭氧生物炭組合工藝處理反滲透膜生產廢水的研究［J］.環境與可持續發展，2016，41（2）：165-167.

［4］曹鳳英，許普，李永吉，等.超濾膜分離和反滲透技術在企業水處理中的實際應用［J］.當代化工，2016，45（4）：1471-1473.

［5］張烽，徐平.反滲透、納濾及其在水處理中的應用［J］.膜科學與技術，2003，23（4）：241-245.

［6］Kim D，Jung S，Sohn J，et al.Biocide application for controlling biofouling of SWRO membranes：An overview［J］.Desalination，2009，238（9）：43-52.

［7］羅杰，李文強，王開，等.反滲透系統運行存在的問題及解決方案［J］.飲料工業，2016，19（3）：50-52.

［8］劉含雷，郟瑞花，田民格，等.反滲透膜硫酸鈣垢的抑制和清洗［J］.清洗世界，2016，32（2）：1-5.

［9］許駿，王志，王紀孝，等.反滲透技術和應用進展［J］.化學工業與工程，2010，27（4）：351-357.

［10］趙春霞，顧平，張光輝.反滲透濃水處理現狀與研究進展［J］.中國給水排水，2009，25（18）：1-5.

［11］童曉蘭.綜合運用超濾和反滲透技術實現燕山石化煉油污水回用［J］.水工業市場，2011（12）：78-80.

［12］王繼遠，張東輝，王繼國.反滲透技術在石油化工企業廢水處理中的應用分析［J］.建筑工程技術與設計，2016（7）：19-21.

［13］劉紀，曹甜，韓彬.反滲透技術在石油化工企業鍋爐水處理中的應用分析［J］.科技致富向導，2013（8）：206.

［14］李越超，徐紅恩.反滲透技術在石化煉廠中的應用［J］.化工管理，2016（2）：31-34.

［15］魏揚城，周志紅，何志強，等.反滲透水處理設備在污水處理中的應用［J］.中國衛生工程學，2005（4）：246-248.

［16］張建忠，李正國.反滲透水處理技術在石化工程中的應用［J］.煉油技術與工程，2002，32（9）：58-61.

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年畢業于東北石油大學化學工程與工藝專業，現從事化工企業能源管理工作。