石化污水膜处理回用系统的多尺度研究

石化污水膜处理回用系统的多尺度研究李井峰渊神华集团有限责任公司科技发展部袁北京100011冤咱摘要暂膜法水回用技术能为石化企业节约大量的水资源袁但在实际应用中也暴露了很多的问题袁在这些问题的解决上需要从不同的尺度进行研究遥在膜材料方面袁需要对膜材料的孔径尧亲水性尧形态和荷电性进行表征袁并全面掌握污水中污染物的成分袁使膜材料与污水体系相匹配遥膜组件和膜装置优化主要是改善膜表面流动状态袁降低膜污染遥膜工艺和膜预处理工艺的合理设计不仅可以降低装置建设和运行成本袁还可以提高膜装置运行水平遥咱关键词暂污水回用曰膜技术曰多尺度分析咱中图分类号暂X703.1咱文献标识码暂B咱文章编号暂1005-829X渊2015冤01-0106-03随着近年来水资源的日益紧张及国家对环保工作的日益重视袁石化企业的节水减排工作愈发重要遥2000年后袁很多企业开始进行膜法水处理回用的试验和工程建设袁将污水处理后回用至循环水渊采用UF/MF或MBR工艺冤或锅炉补给水系统渊采用UF/MF+RO工艺冤也1页遥膜回用为企业节约了大量的水资源袁具有很好的经济效益和社会效益遥但由于石化污水自身存在的特点袁与其他领域应用的膜装置相比袁在运行过程中存在着较多的问题遥渊1冤污水来源比较复杂袁除主要生产物料外袁还有大量的中间产物尧副产物尧添加剂等遥很多特征污染物难降解袁目前的预处理工艺很难完全去除这些特征污染物也2页遥膜污染较一般行业的膜法回用系统要严重遥同时袁石化企业污水的冲击几乎是无法避免的袁随着上游装置的节水减排袁污水水质还将愈发恶化袁膜耐受冲击能力差袁恢复困难遥渊2冤部分石化污水膜处理回用系统借鉴市政污水尧地表水尧苦咸水等制水的经验袁缺乏对石化污水进行足够的分析遥预处理步骤或者是预处理设计不合理袁特别是在一些工艺细节方面不够重视袁造成系统的膜污染较一般污水回用体系更严重遥渊3冤膜材料的寿命较低遥在石化污水膜处理回用系统中袁超滤膜断丝以及分离层失效等现象时有出现袁反渗透膜有机污染微生物污染和结垢并存袁造成清洗周期短尧通量难以恢复遥个别使用不好的膜几个月到一年就需更换袁一次换膜费用往往就在百万元以上遥多尺度分析是进入21世纪以来在化学工程领域被广泛采纳的一种研究方法遥其主要是将复杂体系分成若干个不同尺度袁每种应用有其特殊的主尺度袁但在解决问题时要配合其他有关的子尺度进行综合考虑也3页遥对于石化污水膜处理回用这样的复杂系统袁既有膜材料与水中污染物的物理化学作用这样的微观尺度问题袁也有污水在膜系统中流体状态的介观尺度问题袁还有污水预处理和膜处理工艺的宏观尺度问题遥化学工程中的多尺度分析方法对污水回用体系同样具有借鉴意义遥1膜评价与选型膜材料是膜分离技术的核心遥膜材料的选择不仅需要从宏观的运行通量尧截留率尧材质尧机械强度等方面来考虑袁同时还要综合考虑膜的微观结构尧亲疏水性能尧荷电性能袁需要充分考虑水质特点及可能带给膜过程的影响遥但目前实际运行的许多膜装置都没有进行详细的膜评价和膜表征曰即使有袁也是以从短期试验获得的简单结果来判断袁无法从微观角度全面科学地判断膜材料在污水处理上的适用性和长期稳定运行性能遥除了常规的膜过滤试验测试外袁膜材料的评价和选型应着重考察以下几个方面院膜孔径尧膜材质尧膜亲水性尧膜结构与形态尧膜荷电性能遥1.1膜孔径各种过滤膜类型及其过滤性质如表1所示遥表1各种过滤膜类型及其过滤性质由表1可见袁如果粒度测试结果表明水中主要以悬浮物和颗粒为主袁则MF膜即基本可以适用遥但是如果水中有较多的胶体袁则需要使用UF膜才能有效地截留这些胶体以保护RO/MF膜遥大量的研究和工程实例都证明了MF膜孔径大袁初始通量大袁但由于表面孔径大袁在污水体系中过滤类型多介质渊MMF冤微滤渊MF冤超滤渊UF冤纳滤渊NF冤反渗透渊RO冤孔径范围5~80滋m0.1~10滋m1~100nm<1nm<1nm截留物质大颗粒悬浮物尧微生物胶体二价盐单价盐第35卷第1期圆园15年1月工业水处理陨灶凿怎泽贼则蚤葬造宰葬贼藻则栽则藻葬贼皂藻灶贼灾燥造援35晕燥援1Jan.袁圆园15106膜容易形成深层污染遥因此很多情况下长期运行后MF膜通量与UF膜通量相当甚至低于UF膜的通量遥而从过滤出水水质来看袁孔径更小的UF膜显然比MF膜具备优势遥因此对于石化污水来说袁选择孔径较小的UF膜在多数情况下更为合适遥1.2膜亲水性膜的亲疏水性对于膜的抗污染程度是一个关键的参数遥由于石化污水中含有石油类等有机污染物袁亲水性较差的膜很容易由于有机物污染造成通量迅速下降袁且这些油类污染物的清洗难度很大遥目前袁多数的亲水性MF/UF膜都是采用添加亲水性添加剂或者采用表面活性剂改性的方法制备袁但亲水性太好的MF/UF膜在污水体系中往往成分会不太稳定袁因此选用亲水性适中渊接触角40毅~70毅冤尧化学稳定性好的MF/UF膜较好遥在反渗透膜的选择