炼厂污水处理工程中超滤系统的相关设计探讨_孙德胜

环保与安全石油化工设计,一炼厂污水处理工程中超滤系统的相关设计探讨孙德胜中国石油集团工程设计有限责任公司大连分公司,辽宁大连摘要超滤技术在石化炼厂的污水处理工程中占有很大的比例。在工程设计中,如何正确地进行超滤系统的相关计算及选型,有着重要的工程及经济意义。关键词超滤技术膜通量操作方式控制方法在国内石化炼厂的污水处理工程中,超滤与反渗透联用的工艺模式,近年来应用非常广泛,经过大量的实践证明,超滤作为反渗透的预处理,是较优化的工艺选择。超滤膜按材质可分为无机膜及有机膜。因有机膜相对于无机膜而言,亲水性好,操作弹性大,更适用于石化炼厂的含油污水工况,且在国内有大量成功运行的工程案例。考察了国内几家炼厂的超滤装置的运行情况,同时结合以往的设计经验,本文主要从膜通量、膜操作方式以及膜系统清洗控制模式的选择等几个方面对常用的内压式中空纤维超滤膜系统的工程设计进行初步探讨。早二作占瞥易一'了咧沙…卿广醚尤跨膜压差图膜通量一跨膜压差关系曲线膜通量膜通量定义为在膜两侧一定跨膜压差的推动下,单位时间内透过单位膜面积的被过滤介质的量,单位为·。通常而言,在浓差极化不明显之前低压区,膜通量随着跨膜压差的增大而近似呈直线增长在浓差极化起作用后,由于压力增加,膜通量缓慢增加,浓差极化随之严重,当跨膜压差达到临界点后,浓差极化现象使膜表面溶质浓度达到极限值,表现在膜通量不再随压差的增加而增加,如图所示〔`〕。同时由于超滤膜为聚醚矾等有机材料的多孔纤维结构见图,在膜通量达到临界点后,如果再增加压差值,则膜孔将被压密,难以复原,导致膜寿命的衰减。虽然国内外有多种关于膜通量计算的数学模型的相关报道,但因被过滤介质本身的复杂多样性,导致这些数学模型目前仅仅停留在理论和实图膜纤维剖面一多孔纤维结构验室研究阶段。膜出厂时测定的膜通量,通常是在的跨膜压差下,过滤℃清水获得的测试数据,而在石化炼厂的污水处理中,污水的水质较恶劣,与清水无可比性。这样,如果以超滤膜出厂的膜通量为依据,采用稳定系数及组装系数法确定膜通量,往往产生较大的偏差,由此,测定的超滤膜出厂的膜通量在实际的石化炼厂污水处理中参考价值不大。在具体的工程设计时,一般以已有的、成功运行的、处理相似水质的超滤系统的膜通量数据为参考如果无可靠的数据可供参考,则往往需要针收稿日期一一。作者简介孙德胜,男,年毕业于南京化工大学现南京工业大学化学工程系化学工程专业,获工学学士学位,工程师,现从事石化装置工艺配管、给排水、环保等方向工程设计工作。联系电话一第卷孙德胜炼厂污水处理工程中超滤系统的相关设计探讨对处理的水质做小试、中试实验,以获得膜的最大通量值的有效的实验数据。如果不具备做小试、中试的条件,根据以往经验,中空纤维膜中流体的推荐流速控制在一而为宜。实际生产运行的过程中,超滤膜性能是逐渐呈不可逆衰减的。表现在运行之初,膜通量很大,运行一段时间后,膜通量开始出现近似线性的递减,而为维持一定的膜通量,则跨膜压差需要不断增加。通常,超滤膜的使用寿命一般按一年设计,在工程设计时,通常以运行第年时的膜通量作为设计膜通量,这样可以将运行压力控制在临界压力范围之内,从而可以有效保证膜系统的使用寿命,参见图。卷走,从而降低膜的浓差极化和膜污染倾向,由于增加回流比需要更大的输水量,因此错流过滤相对于死端过滤而言,虽然改善了膜系统的运行条件,但增加了泵的能耗,见图。—之尸之刀粥,对讨斌多牙盆今一犯之,户口户尸广,丫为尸沪尸乙谈夕尸产,呀︵一崔联圳于络膜通量·`,·卜'…'麒膜通封重蓬「只乓攀「设计膜溥乡一…一月霭外一尸咽一尸尹巡图错流过滤和死端过滤的能耗比较示意死端过滤是将膜组件的回流阀关闭即回流比为零的操作模式,其主要适用浊度小于的较好水质的水源。死端过滤其膜上的被截留物不能通过回水带出,只能周期性反洗操作由反洗水带出,该方式能耗较低,但需要较大的膜面积。膜运行时间年图膜通量一操作压力一运行时间曲线膜操作方式膜的操作模式常见的有错流过滤及死端过滤,现以图内压式中空纤维超滤膜为了简化起见,以单根纤维膜丝图示加以说明。水产睁吟睁月月产水月月进水图内压式中空纤维超滤膜操作模式示意错流过滤是保持部分水回流的操作模式,工程上,回水与进水的比值定义为回流比,错流过滤一般回流比控制在一之间,视处理的水质情况而定,对于石化炼厂的污水中含油这一特点,设计上一般将回流比控制在一为宜。增加回流比,能够使水流在膜孔表面形成湍流,利用湍流的剪切力将聚结在膜表面的污染物膜系统清洗控制模式关于膜系统的清洗控制模式,目前普遍的控制方法是以时间为控制参数,即在一定的时间周期内膜系统就自动进行一次系统清洗。设计上根据水质的不同,可以调整清洗的周期及每次清洗的时间,但这种控制模式存在的弊端就是,不能根据膜的污染情况及时对膜污染进行有效的干预。例如,在一个运行周期内,由于