炼化企业污水回用膜污染原因分析

作者简介：荆军航，高级工程师，1989年毕业于天津大学化学工程专业，获学士学位，1995年毕业于大连理工大学，获博士学位，长期从事炼油工艺及水处理技术研究管理工作。E-mail：jingjunhang@petrochina.com.cn1前言目前，随着我国水资源危机的不断加剧，多数炼化企业新建、改扩建时不能增加用水指标，急需实施节水减排措施，以确保企业正常发展。炼化污水的回用，是企业节水减排的重要措施之一。由于用水指标的严格要求，许多炼化企业采用双膜处理工艺，将污水深度处理后，最大限度实现污水回用。包括微滤、超滤、纳滤和反渗透在内的膜分离技术，在电力和冶金行业的给水处理和废水回用中已经得到广泛应用，但对于石化废水中炼油废水和化工废水的处理，始终没有得到行业内部的认同，仍然处于实验摸索阶段。双膜处理工艺在石化企业的应用将近十年，各企业回用处理工艺操作基本成熟，但由于炼化污水来水工艺复杂，导致膜污染现象严重，成为制约炼化企业污水回用的瓶颈。因此，分析污水回用系统膜污染发生的原因，确定膜污染控制技术，是炼化企业污水回用需要解决的关键技术问题。以反渗透技术为核心的双膜组合工艺作为工业废水回用领域的一项新技术，引起了人们越来越多的关注，也为工业企业污水回用提供了很好的处理工艺。但膜污染一直是反渗透技术在实际工程中推广应用所面临的一大障碍[1]。膜污染是由于膜表面形成了附着层、膜孔通道发生堵塞引起的[2]。反渗透膜污染究其原因，主要有以下几种：①结垢污染。由于反渗透脱盐的特点，反渗透过程是一个原水浓缩过程，在浓水侧的膜表面极易生成碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、氟化钙、金属氧化物、硅酸化合物等沉积物，随着原水被浓缩，这些难溶盐可能超过其溶度积而析出，在膜表面“结垢”，此外，浓差极化作用也会加剧这一现象的发生。②微生物污染。当微生物随着反渗透进水进入系统后，以有机物为营养，大量生长繁殖，造成膜的生物污染。③有机物污染。反渗透进水中有时含有大量种类繁多的有机物，在系统运行过程中，这些有机物会在膜表面上被吸附，引起膜通量的损失，特别严重时会出现不可逆的通量损失。④胶体污染。胶体污染主要是由于原水浓缩和pH值变化导致的。污染物成分可能是有机、无机的单体或复合物，如硅酸化合物、硫化物、腐殖炼化企业污水回用膜污染原因分析荆军航，佟钰(中国石油锦西石化公司，辽宁葫芦岛125001)摘要随着我国水资源危机的不断加剧，多数炼化企业新建、改扩建时不能增加用水指标，急需实施节水减排措施。炼化污水的回用，是企业节水减排的重要措施。目前，许多炼化企业采用双膜处理工艺，将污水深度处理后，最大限度实现污水回用。锦西石化污水回用装置采用双膜法进行处理，污水回用项目采用污水处理后达标排放的炼油污水作为原水，通过动态砂滤过滤单元、纤维球过滤单元、超滤单元、反渗透单元，进行炼化污水回用处理。结合锦西石化污水深度处理与回用的工程案例，进行膜污染原因分析。通过水质分析、污染膜片表面形态分析与污染物元素分析，确定了膜污染物的主要成分为有机物，膜污染发生的原因为微生物滋生引起的有机物污染。提出锦西石化污水回用膜污染、堵塞问题的解决方案：在超滤前投加NaClO等杀菌剂，且保证一定的余氯含量，预防膜的生物污染。同时，在反渗透前投加适当富裕量的NaHSO3，防止氧化剂对反渗透膜的破坏，有效预防微生物污染。关键词污水回用膜污染元素分析中外能源SINO-GLOBALENERGY·89·第5期酸、絮凝剂、助凝剂等。2实验设备与研究方法2.1实验设备①日本JEOL公司JSM-7401F型场发射扫描电镜(FE-SEM)，真空干燥，镀金层厚为10nm，加速电压为5kV，探测深度为0.5～0.7μm。②英国ESCAL-AB250Xi型X射线光电子能谱仪。待测物受X光照射后，内部电子吸收光能而脱离待测物质表面(光电子)，透过对光电子能量的分析，可以了解待测物质的组成，XPS的主要功能是通过测定电子的结合能，来实现对表面元素的定性分析，包括价态分析。③电感耦合等离子体质谱仪，可测定元素周期表中的大部分元素，具有极低的检出限，可进行微量(10-6)、痕量(10-9)和超痕量(10-12)元素分析。2.2分析方法①异养菌分析方法：本文水中异养菌含量分析方法，采用原化工部标准《工业循环冷却水水质分析方法》。实验用水为采自锦西石化公司污水回用装置的超滤进水和超滤产水。②水中元素分析：本文超滤出水元素分析采用电感耦合等离子体质谱仪，实验用水为采自锦西石化公司污水回用装置的超滤产水。③膜面污染物成分分析：采用场发射扫描电镜(FE-SEM)进行膜表面形态分析，采用X射线光电子能谱仪进行污染物成分元素分析。实验样品分别为锦西石化公司污水回用装置的反渗透前保安过滤器污染滤芯样品、超滤产水过滤污染膜样品、超滤进水过滤污染膜样品。3结果