目前工業(yè)廢水的污水回用技術已經在鋼鐵、石化和電力等行業(yè)進行推廣，但石化工業(yè)廢水 COD濃度高，殘留油成分復雜，水質變化幅度大。受到水質、生產處理工藝的影響，同一類型的污水在不同時間和地點受到膜污染的特性會有很大的區(qū)別。揚子石化分公司 1 250 t/h 污水回用裝置采用水廠凈一裝置三級處理污水為水源，采用超濾和反滲透組合工藝，產品水作為工業(yè)用水、循環(huán)水的補水。項目設計進水規(guī)模為 1 250 t/h，設計產水規(guī)模為780 t/h，分為二期建設，一期為 400 t/h，2012 年3 月投用，二期為 850 t/h，2015 年 6 月投用。文章結合水廠凈一裝置污水回用裝置的日常運行狀況，分析了該裝置運行的關鍵參數(shù)、運行管理經驗以及目前該裝置存在的問題，希望對污水回用裝置的運行提供參考。
1 污水回用裝置簡介
1.1 凈一裝置污水回用流程簡介:凈一裝置污水回用采用雙膜工藝，即超濾反滲透系統(tǒng)。目前裝置有 6 套超濾系統(tǒng)和 6 套反滲透系統(tǒng)，具體流程圖見圖 1。
達標排放的外排污水投加殺菌劑經過調節(jié)池均質調節(jié)后，通過過濾精度為500 μm 的自清洗過濾器后，進入超濾膜池，在超濾產水泵抽吸作用下，超濾產水進入超濾產水箱，該產水箱出水投加阻垢劑、還原劑以及非氧化性殺菌劑后進入反滲透系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)在高壓泵壓力作用下產出合格水，并進入反滲透產水箱后外供作為循環(huán)水和鍋爐水的補水。
1.2 超濾及反滲透原理簡介:超濾(UF)過濾是通過機械篩分來實現(xiàn)對污染物的分離，超濾膜元件具有選擇性分離的特點。在壓力作用下，污水中含有懸浮物、大的有機顆粒、浮油等被截留在超濾膜外，而小的水分子、鹽類等則透過超濾膜形成產水。凈一裝置 UF 采用PSH1800 浸沒式超濾膜組件，每套設計回收率不小于 90%。
反滲透(RO)膜技術是近些年來應用非常成熟的制備超純水技術。其機理主要是，在半透膜的兩邊放置相同體積的稀溶液和濃溶液，因濃度差稀溶液滲透到濃溶液側，此過程叫做滲透。當滲透達到平衡時，濃溶液的液面就比稀溶液液面高出一定的高度，這樣就形成了一個壓力差，稱為滲透壓。滲透壓大小取決于液體的性質，如種類、濃度和溫度等，與半透膜的性質無關。如果此時濃溶液一側人為施加一個比滲透壓大的壓力，溶劑的滲透方向就會與原來的方向相反，即從濃溶液側向稀溶液側流動，此現(xiàn)象稱為反滲透。凈一裝置 RO 采用 BW30-365-FR 抗污染復合反滲透膜組件，穩(wěn)定脫鹽率為98%。
2 污水回用系統(tǒng)的運行工況
2.1 運行現(xiàn)狀: 揚子石化污水雖然能實現(xiàn)達標排放，但仍會對環(huán)境造成污染。揚子石化總排出水 CODcr 濃度達到60 mg/L，水質較好，如經過適當處理可用于工業(yè)用水以及循環(huán)水的補水，不僅可減少對環(huán)境的污染，而且還可實現(xiàn)循環(huán)利用，真正做到變廢為寶。對于水廠目前總排出水水質而言，超濾+反滲透組合工藝可很好地實現(xiàn)對各種污染物的去除，經該工藝處理后的污水可達到工業(yè)用水、循環(huán)水補水等用水標準。
2.2 影響雙膜運行的因素
2.2.1 進水與產水控制指標:UF 膜進水控制指標見表 1，RO 膜產水控制指標見表 2。
由設計進水指標與實際分析數(shù)據(jù)對比可以看出(見表 1)，進水水質較好，能達到設計要求，而產水水質的懸浮物和濁度未能達到設計指標(見表2)，說明在雙膜處理系統(tǒng)中藥劑投加和參數(shù)控制方面存在不足。
2.2.2 UF 膜運行條件:UF 膜操作壓力一般不超過極限通量時的操作壓力，約為 0.05 MPa。環(huán)境溫度最低不得低于 5 ℃，最高不得高于 38 ℃。當溫度高于 35 ℃ 時，應加強通風措施。正常運行中膜元件受到 UF 產水的沖洗，每隔一定周期，系統(tǒng)會自動進行維護性清洗，在 UF 出水量下降 10% 或運行 TMP(跨膜壓差)接近0.055 MPa或人為要求時，系統(tǒng)進行恢復性清洗。為了保證系統(tǒng)長時間的安全運行，通常每三個月應至少進行一次恢復性清洗。當UF 系統(tǒng)發(fā)生 TMP 上升過快或者產水水質變差時，應依據(jù)實際狀況進行逐項分析，確認原因及時處理。
2.2.3 RO 膜運行條件:1)控制鹽的透過量:鹽透過量與膜兩側的濃度差和溫度有關。因此應控制系統(tǒng)回收率最高在 70% 左右，水溫最高不得大于 30 ℃，最佳溫度 22～25 ℃。2)濃水排放量控制:由于水溫、操作壓力等因素的變化，使裝置的產水量也發(fā)生相應的變化，這時應對濃水的排放量進行調整，控制濃水的排放量與產水量之比為3∶7。3)進水壓力控制:RO 進水壓力不得大于2.0 MPa，只限于對裝置進行耐壓實驗。在滿足產水量與水質的前提下，盡量取低的壓力值。4)反滲透脫鹽率:反滲透脫鹽率年平均 97%。
3 處理效果與分析
3.1 超濾進出水濁度及 SDI:濁度是表征水中懸浮物、膠體物質濃度的指標。SDI 是直接表征反應膜污堵的綜合指標，也是超濾運行和反滲透運行的控制指標，超濾進出水濁度變化及超濾出水 SDI 值見表 3，裝置共有 6 套超濾系統(tǒng)，編號 1# UF～6# UF。
由表 3 可以看出，經過超濾膜處理后的出水濁度小于 1.0 NTU，去除率達 88% 以上，且基本不隨進水濁度變化。說明超濾膜過濾對濁度具有很高的去除率和良好的穩(wěn)定性。
從超濾出水的 SDI 數(shù)據(jù)看，均可以控制在 2.4以下，滿足反滲透進水 SDI 不大于 4 的控制要求。從表 3 數(shù)據(jù)還可發(fā)現(xiàn)，超濾出水 SDI 基本無大波動，具有良好的運行穩(wěn)定性。
3.2 超濾系統(tǒng)水量及壓差:UF 膜前分別用 500 μm 的自清洗過濾器過濾，近 1 個月的穩(wěn)定運行，預處理污水水質穩(wěn)定，UF膜總體運行平穩(wěn)，除 2# UF 跨膜壓差出現(xiàn) 2 次超過0.05 MPa 外，其余運行跨膜壓差均低于 0.05 MPa。UF 膜運行情況如圖 2、3 所示。
由圖 2 可看出 1# UF 和 2# UF 超濾壓差偏高，平均壓差在0.03 MPa，由于 1# UF 和 2# UF 為2012 年投用，運行周期較長，膜表面變得粗糙，膜絲斷損嚴重;3# UF～6# UF 為 2015 年 6 月投運，運行狀況良好，平均壓差在 0.018 MPa。1# UF 和2# UF 產水量較低，平均在 135 m3 /h，運行周期長，膜通量也降低，3# UF～6# UF 產水量平均在210 m3/h，均滿足設計回收率。
3.3 反滲透進出水電導率:電導率是反應水中含鹽量的間接指標，因便于測定而被廣泛采用。反滲透進水和出水電導率變化分別見圖 4 和圖 5。
由圖 4、5 可以看出，進水電導率一直在 2 100 μs/cm左右，經過反滲透處理后，產水的電導率值在 30 μs/cm左右，系統(tǒng)的脫鹽率平均為 98.52%。另外 4# RO脫鹽率有較大幅度的下降趨勢，數(shù)據(jù)采集期間已保護停運，由維保公司對膜進行解剖分析，因此在圖5 中未顯示 4# RO 產水電導率。
3.4 超濾、反滲透系統(tǒng) pH 值變化:未脫鹽的水中重碳酸根與溶解的 CO2、大氣中的 CO2 存在碳酸平衡，并使水中 pH 值維持中性。經過反滲透脫鹽處理后，絕大部分的陰陽離子被去除，原來存在的碳酸平衡被打破，出水 pH 值相應發(fā)生變化，超濾進水、RO 進水(超濾出水)和 RO超濾進水的 pH 值一直維持在 7～8 之間。運行過程中定期對超濾進水硬度值進行檢測，發(fā)現(xiàn)進水硬度在 200 mg/L 左右，以碳酸鈣計。
由圖 6 可以看出，隨著超濾進水 pH 值的逐步降低，其產水pH值亦隨之變化。當進水 pH 值在 7.1～7.8 左右時，反滲透產水的 pH 值在 5.8～6.5 之間波動。綜合來看，經過反滲透處理后pH 值降低約一個單位，有時會低于 6.0。為了保證后續(xù)用水點水質的穩(wěn)定，避免輸送管路腐蝕，可通過在產水中添加氫氧化鈉對pH 值進行調整，調整后回用水的 pH 值范圍為6.0～9.0。
4 污水回用裝置運行注意事項及改進
4.1 控制裝置來水水質，預防沖擊:來水水質好，可以保證含油含鹽污水處理裝置的正常運行，減輕預處理壓力，降低雙膜進水電導，保證雙膜進水水質合格，延長膜組件的壽命，減少清洗頻次，延長運行周期時間。
4.2 加強在線基礎數(shù)據(jù)的監(jiān)控:膜是比較嬌貴的處理設備。在系統(tǒng)設計和實際生產運行過程中，必須充分考慮石化工業(yè)污水水質波動大、成分復雜的特性，避免有害物質高濃度沖擊膜，造成難以挽回的損失，除了日常定期采樣分析監(jiān)測，在進 UF 膜前設置在線 COD、電導率和pH 等測試儀，即時掌握水質變化，自動調整運行工況，或自動切換超標水，確保雙膜運行安全。
4.3 藥劑使用管理:雙膜系統(tǒng)運行和化學清洗要用到多種藥劑，主要有 HCl、NaOH、NaOCl、阻垢劑、NaHSO3、檸檬酸等。這些藥劑的作用是必不可少的，但投加不當也會影響預處理和膜處理。例如，對于預處理混凝過濾時的陽離子混凝劑、絮凝劑要控制投加，謹防過量。若投加過量，殘余溶解狀混凝劑就會附著在膜表面造成膜的污染。
4.4 保證定期化學清洗的效果:采取科學的清洗方式與方法來清洗膜，即采用合理的清洗藥劑和合理的清洗時間，保證膜的運行時間。經過一段時間的運行，膜必須進行化學清洗。一般清洗操作應由配套設計的就地自動清洗系統(tǒng)來完成。為了提高清洗效率，應保證進水量要求，盡量分段進行，管理人員應及時跟蹤清洗效果。針對不同污染源造成的污堵，采取不同藥劑和清洗操作。一般石化污水有機污染多，用殺菌劑和堿液交替清洗最有效。
4.5 定期檢查聯(lián)鎖邏輯關系、確保自控完好:針對污水回用裝置聯(lián)鎖邏輯關系復雜、自控設備眾多的特點，裝置技術人員每周對聯(lián)鎖及現(xiàn)場自控設備進行定期檢查，重點檢查設備自控情況下的運行情況。污水回用裝置連續(xù)運行以來，已檢查出諸如排氣閥無法開啟、排空閥關不到位、進水閥定位器失靈、反洗風機聯(lián)鎖故障等多處自控聯(lián)鎖問題。實行定期檢查自控聯(lián)鎖問題的運行管理模式，及時妥善地處理了這方面的問題，確保了污水回用裝置設備的正常運行。
4.6 增加關鍵工藝參數(shù)測定頻次、確保進水水質:針對影響超濾及反滲透裝置的重要參數(shù)會直接影響到系統(tǒng)的安全性的特點，裝置采取了以下四方面的運行管理：一是將重要運行參數(shù)，如SDI、余氯等交由崗位運行人員測定，這樣可以及時準確的獲知具體數(shù)據(jù);二是增加了對這些重要參數(shù)的檢測頻次，這樣可以盡可能減少測定誤差;三是對崗位人員進行培訓，使其掌握在相關數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時的妥善處理措施;四是要求崗位人員密切關注在線數(shù)據(jù)，當出現(xiàn)異常時，及時現(xiàn)場加樣分析。
有了這些管理措施，污水回用裝置關鍵工藝參數(shù)的控制得到了很好的落實，確保了該裝置的安全平穩(wěn)運行。
4.7 藥劑投加設備定期校正、確保加藥量滿足要求:為了確保系統(tǒng)加藥量的精確性，裝置采取了以下四方面的運行管理：一是專門下發(fā)了關于藥劑詳細配制的操作說明;二是每班制定專門人員負責藥劑的配制;三是裝置不定期抽查藥劑配制濃度是否滿足要求，并進行考核;四是裝置技術人員定期對加藥泵流量進行校正。
5 結論與建議
經過 3 年多的運行，整個污水回用系統(tǒng)基本正常。雙膜工藝技術先進，安全可靠，自動化程度高，浸沒式超濾系統(tǒng)占地小、投資少，能夠有效地截留有機物。超濾能夠穩(wěn)定地提供濁度小于1.0NTU 的產水，有效延長了反滲透膜的使用壽命，又為反滲透系統(tǒng)的高效運行提供了良好的保障。反滲透系統(tǒng)除鹽率達 98% 以上，各項指標基本達到設計指標。在技術不斷成熟的同時，隨著市場的擴大，膜的投資費用降低，在石化工業(yè)污水深度處理回用等領域，應用前景十分廣闊。
來源:《石油石化綠色低碳》 作者:劉娟
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