膜法水处理技术在石化污水回用中的应用
1、前言
我国水资源短缺和水污染形势十分严峻，是世界13个贫水国之一，人均占有水量仅为世界人均水平的四分之一，居世界149个国家的第110位，属于水资源短缺的国家。
石化企业是一个用水大户，近年来，随着水资源日益匮乏，水源的供给已经成为限制企业扩产、增产的制约因素。一方面水资源严重短缺，另一方面而工业用水浪费问题严重、耗水量大，目前我国每加工一吨原油的取水量与发达国家相比还有相当的差距（加工吨油的水消耗量是国外的近5倍）。
为了缓解水资源短缺，各石化企业作了两方面的工作，一是节约用水，特别是提高工业用水的利用率；二是寻找新的可利用非传统水资源（工业污水、生活污水、海水等），最为可行的途径是实现污水回用。
使用非传统水资源面临的问题是水源水质恶化、污染物更加复杂，常规的水处理工艺（包括生化处理、混凝、澄清、气浮、活性炭吸附等）不能高效地去除这些污染物，只能实现污水的简单回用，如冲厕、绿化等，不能实现真正意义的回用，如代替自来水、锅炉用水、工业工艺用水等。作的最好的也只是回用于循环水补水。膜法水处理技术的应用可使大部分的工业污水得到回用。膜分离技术是近几年来发展迅速的一种高新技术，具有分离效果好、占地小、操作简单、安全环保优点。在石化工业污水回用的膜深度处理技术方面，燕山石化公司与相关单位合作做了大量的试验工作，在此基础上建成了燕山石化炼油厂410 m3/h的 “超滤+反渗透”膜法回用污水除盐装置，将污水经除盐后回用于锅炉补给水，实现了真正意义的污水回用。
2、污水回用处理工艺流程
工艺流程如下图所示，设计反渗透产水规模410m3/h，超滤产水规模560m3/h。
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燕化炼油事业部和橡胶事业部的污水经西区污水站二级生化、三级过滤处理后，进入300m3原水罐，再经过原水提升泵进入超滤装置，去除水中的细菌残体、胶体微粒、大分子有机物等，超滤出水水质达到反渗透装置的进水条件。
超滤出水投加还原剂和阻垢剂经高压泵加压进入反渗透装置，反渗透装置主要去除水中99％的溶解盐类、SiO2胶体等，反渗透产水再入原有离子交换系统进一步除盐后用于锅炉补给水。
系统采用全自动控制，可进行自动与手动运行方式的切换，实现现场就地和控制室集中控制两种操作方式；同时通过各类在线仪表监测系统的运行状态，采用一台工控机作为人机界面实现监控，可打印机输出各类报表。
3、原水水质
超滤系统的进水是燕化西区输送过来的回用污水，其水质如下表所示。
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4、主要设备的设计参数
4.1 超滤装置
系统设计超滤装置10套，设计处理量560m3/h，产水SDI≤3.0，产水浊度≤0.2，自用水率≤5%。系统采用全自动控制，10套超滤装置可同时运行，也可单独运行，根据用水量要求灵活投运。
在该项目中采用了亲水性好、寿命长、过滤精度高的OMEXELLTMSFP-2660超滤作为反渗透的前处理，保证了反渗透的可靠运行。OMEXELL超滤膜采用聚偏氟乙烯（PVDF）材料，这种含氟高分子材料的突出特点是耐氧化能力很强，允许在运行和清洗时使用较强烈的化学条件，因而能够更彻底地去除膜上的污染物，保障膜过滤系统的长期稳定。
另外，该超滤膜采用了采用不易堵塞的外压式结构，更适应来水悬浮物含量较高的场合，也使清洗更简便、彻底。
OMEXELL超滤膜组件通常以恒流方式运行，透膜压差将随运行时间逐渐增加，此时通过定期的反洗、气擦洗以及化学分散清洗等手段，可以清除膜面的滤饼层；而使用杀菌剂则能够有效地控制微生物繁殖，更彻底的除去膜面污染物。
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回用污水除盐装置中使用的膜元件主要技术参数如下：
膜元件型号 OMEXELL SFP2660
型式 中空纤维（外压式）
膜材质 PVDF
公称孔径 0.03μm
膜面积 355ft2 (33m2)
4.2 反渗装置
系统设计反渗透装置4套，设计产水量410m3/h，每套产水103m3/h脱盐率≥98%，回收率≥75%。
反渗透采用DOW公司的BW30-365FR抗污染膜，一级二段排列，抗污染反渗透膜且具有亲水性，对有机物的吸附性小，膜元件和系统运行寿命长，可延长膜的清洗周期，降低清洗费用。
4.3 工艺辅助系统
（1）氧化剂加药装置，用于向超滤进水和反洗水中投加氧化剂，抑制细菌等微生物在超滤膜繁殖并去除吸附、污堵在超滤膜表面的部分有机物。
（2）还原剂装置，用于向反渗透进水投加还原剂，还原水中的氧化性物质，保护反渗透膜。采用在线ORP表检测水中的氧化还原电位并控制加药量。
（3）阻垢剂加药装置，用于向反渗透进水中投加阻垢剂，以防止膜元件结垢。反渗透浓水端，特别是反渗透压力容器中最后一根膜元件的浓水侧往往出现诸如CaCO3、CaSO4浓度积大于其平衡溶解度指数而结晶析出，在膜表面结垢造成污堵，并可能损坏膜元件，因此在进入膜元件之前设置了阻垢剂投加装置，投加对此类盐具有良好分散作用的阻垢剂。
（4）化学清洗装置，用于超滤、反渗透装置膜元件的化学清洗。超滤、反渗透膜经过长期运行后，某些有机物、无机盐结垢等，会积累在膜的表面，造成超滤、反渗透膜通量下降、反渗透膜脱盐率的降低，使用化学药品进行清洗才能去除，以恢复超滤、反渗透膜的性能。
5、运行情况
该项目于2004年11月初通过燕山石化公司验收并投入连续的工业应用，到目前为止装置运行十分稳定。主要运行指标为：
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（1）超滤装置
产水SDI＜2.5
产水浊度＜0.2NTU
回收率≥95%
（2）反渗透装置
每套产水量103m3/h
回收率≥75%
脱盐率＞98%
（3）系统产水水质表
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该产水经原有的离子交换系统二级除盐后，作为锅炉补给水。
6、技术经济分析
采用膜法水处理技术，对回用污水进行除盐后用于锅炉补给水，代替了原来一直使用的新鲜水（地表水），设计新鲜水取用量比原来减少500m3/h（ 4000000m3/年）， 外排污水量减少400m3/h（ 3200000m3/年）。
采用膜法水技术加上原有离子交换系统对回用污水进行除盐用于锅炉补给水与原离子交换系统采用新鲜水（地表水）除盐用于锅炉补给水的吨水运行费用比较如下表：
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从上表可以看出，膜法回用污水除盐装置建成后，污水代替了新鲜水，每吨除盐水的运行成本降低了2.49元，除盐水量按400t/h，年运行时间按8000h计算，则除盐水系统每年可节约运行700多万元。
7、结束语
水质是决定水的用途的关键因素，单一的物化或生化处理很难达到各种不同用途的回用要求。采用膜法水处理技术与其它技术的嫁接，可以实现市政污水和工业废水的综合利用。而它们的组合工艺是使污水得到回用的一个重要途径，它确保了污水回用处理工艺的广泛适应性和低成本的运行和维护。膜法水处理工艺因产水水质好，效率高，占地少等优点，必将在污水回用处理领域得到广泛应用。
[作者简介] 谢小华，高级工程师，1993年毕业于江苏石油化工学院热能工程专业，现就职于中国石油化工总公司北京燕山分公司炼油厂生产技术部。电话：010-69334561
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