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平板陶瓷膜深度處理石化廢水

  隨著中國環(huán)境保護(hù)工作的加強,污水排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格,特別是2015年頒布的《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中石化廢水的COD排放限值由原來的100mg/L提高至60mg/L,中國石化廢水的處理面臨巨大的挑戰(zhàn)。因此,石化企業(yè)開始對石化廢水進(jìn)行深度處理,在滿足排放要求的前提下,同時考慮對產(chǎn)水進(jìn)行回用,可有效避免水資源的浪費。

  石化廢水主要是在原油煉制、加工及油品水洗等過程中產(chǎn)生的廢水,包括生產(chǎn)工藝廢水、沖洗廢水、循環(huán)排污水、鍋爐排污水及生活污水。廢水以間斷或連續(xù)方式排放,污染物成分較為復(fù)雜,其中的主要污染物有較難處理的石油類、硫化物、酚類等。目前,石化廢水的深度處理一般采用有機超濾膜處理,但是由于石化廢水中的有機物成分復(fù)雜,有機膜表面極易被微生物和有機物污染,堵塞膜孔導(dǎo)致膜通量急劇下降,需要頻繁的化學(xué)清洗才能勉強運行,使得膜工藝系統(tǒng)復(fù)雜,運行維護(hù)困難。

  與有機膜相比,無機陶瓷膜具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、孔徑分布均勻、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐強酸強堿和有機溶劑、耐微生物侵蝕、機械強度高、通量大、壽命長以及可降低用戶維修與更換費用等優(yōu)點,能更好的適用于化工、冶金、紡織、造紙等廢水水質(zhì)較惡劣的環(huán)境。

  本研究采用平板陶瓷膜中試一體化裝置,對武漢某石化企業(yè)廢水處理工程中的膜工藝段進(jìn)行中試試驗,驗證平板陶瓷膜系統(tǒng)在石油化工廢水回用系統(tǒng)中的適用性,在保證平板陶瓷膜穩(wěn)定運行的前提下,調(diào)整優(yōu)化系統(tǒng)運行參數(shù),為以后平板陶瓷膜在石化廢水的工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

  1、試驗部分

  1.1 試驗原水

  本次試驗基于武漢某石化企業(yè)現(xiàn)有廢水處理回用系統(tǒng),回用水處理工藝如圖1所示。試驗取水點設(shè)置在雙層過濾器前(即曝氣生物濾池產(chǎn)水),擬取代現(xiàn)有回用系統(tǒng)中“雙層過濾器+中空纖維禮濾”工藝段。

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  經(jīng)前端處理后,試驗進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

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  1.2 試驗裝置與檢測儀器

  試驗裝置為一體化集裝箱裝置,裝置內(nèi)平板陶瓷膜采用浸沒式運行方式,膜池內(nèi)裝有平板陶瓷膜組件,其有效膜面積為2.4m2。本次選用的平板陶瓷膜基體和膜層的主要材質(zhì)均為氧化鋁,過濾層孔徑規(guī)格為0.1μm。

  試驗通過潛水泵從曝氣生物濾池產(chǎn)水池取水,進(jìn)入原水箱,廢水通過原水泵輸送膜池,膜池內(nèi)有平板陶瓷膜膜堆,依靠產(chǎn)水泵抽吸將廢水從膜池通過膜片進(jìn)入產(chǎn)水池。同時系統(tǒng)內(nèi)配有反洗泵、曝氣裝置及加藥裝置,可對膜堆進(jìn)行定時反洗、清洗等。系統(tǒng)通過PLC控制,能自動控制運行。圖2為試驗流程圖。

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  1.3 試驗方法

  本次試驗主要測試在該種水質(zhì)條件下平板陶瓷膜系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)是否達(dá)到要求,以及適用的運行通量、反洗頻率、反洗時間等運行參數(shù)。記錄在各種運行條件下的污堵速率,優(yōu)化運行參數(shù),延長清洗周期。試驗系統(tǒng)采用恒流量運行方式,依靠產(chǎn)水泵電機地變頻調(diào)節(jié),維持系統(tǒng)運行通產(chǎn)水量不變,并通過產(chǎn)水泵前負(fù)壓(跨膜壓差)的變化,來判斷膜的污堵速率,以調(diào)整運行參數(shù),找到系統(tǒng)的最佳運行條件。

  1.4 試驗藥劑與檢測項目

  試驗藥劑:10%次氯酸鈉(工業(yè)級)

  測試項目:COD、濁度、跨膜壓差(TMP)、膜通量。

  COD采用重悟酸鉀法測定,檢測設(shè)備采用哈希DRB200消解器和哈希DR1900便攜式可見分光光度計,濁度采用1900C便攜式濁度計,TMP通過在線負(fù)壓傳感器記錄,膜通量通過在線電磁流量計與膜面積計算。

  2、實驗結(jié)果

  2.1 COD的去除效果

  試驗期間,對陶瓷膜系統(tǒng)及原“雙層過濾器+中空纖維超濾”系統(tǒng)的產(chǎn)水COD進(jìn)行對比分析,結(jié)果如圖3所示。

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  由圖3可知,進(jìn)水COD處于50〜100mg/L范圍之間,相應(yīng)的陶瓷膜系統(tǒng)產(chǎn)水COD為20〜42mg/L,COD的去除率達(dá)到42.8%,與原系統(tǒng)產(chǎn)水COD接近,表明在該水質(zhì)條件下,陶瓷膜系統(tǒng)產(chǎn)水COD滿足回用水COD小于60mg/L的要求。

  2.2 濁度的去除效果

  濁度是評價超濾/微濾工藝對顆粒物截留效果的有效指標(biāo)之一,試驗期間,對比分析了陶瓷膜系統(tǒng)及原“雙層過濾器+中空纖維超濾”系統(tǒng)的產(chǎn)水濁度值,結(jié)果如圖4所示。

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  由圖4可知,陶瓷膜系統(tǒng)與原系統(tǒng)的產(chǎn)水濁度在運行過程中保持穩(wěn)定。試驗期間的進(jìn)水濁度在2〜11NTU間波動,但兩者的產(chǎn)水濁度均處于0.05〜0.2NTU之間,與進(jìn)水濁度的變動無明顯相關(guān)性,表明平板陶瓷膜對濁度的去除效果較好,具有良好的抗沖擊能力。

  2.3 運行通量對膜污染的影響

  研究表明膜通量設(shè)計值越大,跨膜壓差上升越快,膜污染越嚴(yán)重。中試試驗控制恒通量運行模式,采用每周期運行30min汽水反沖洗1min的方式進(jìn)行,對比平板陶瓷膜系統(tǒng)運行通量分別為50LMH、40LMH時的膜污染情況,兩者的TMP隨運行時間的變化趨勢如圖5所示。

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  由圖5可以看出,在40LMH運行時,初始運行時壓力較小,產(chǎn)水負(fù)壓增長較為緩慢,周期反洗效果較好,運行14h后產(chǎn)水負(fù)壓基本維持在15kPa;在50LMH運行時,初始運行TMP與40LMH相差不多,運行過程中TMP增長明顯,汽水反洗效果不佳,14h后壓力已增長至-40kPa。表明在該水質(zhì)波動的情況下,40LMH的運行通量較50LMH更為穩(wěn)定。

  2.4 反洗周期對膜污染的影響

  在運行過程中,反沖洗是減少膜污染的一項重要方式,反沖洗可以防止膜表面的污染物不斷積累,導(dǎo)致膜性能下降。

  中試試驗采用恒通量模式運行,運行通量設(shè)定為40LMH,反洗時間1min,對比每周期運行30min、45min、60min進(jìn)行反洗對膜污染的影響,不同反洗周期的TMP隨運行時間的關(guān)系如圖6所示。

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  從圖6上可以看出,在反洗周期30min時,每個反洗周期間產(chǎn)水負(fù)壓增長緩慢,在反洗周期為45min時,每周期間的負(fù)壓增長較為緩慢與30min的反洗周期的膜污染速率相差不大,在反洗周期為60min時,每周期間的負(fù)壓增長較快,7h后TMP增高至25kPa。為保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性,反洗周期選擇為45min。

  2.5 反洗時間對膜污染的影響

  采用恒通量運行模式,運行通量40LMH,反洗頻率45min/次,對比45s與60s反洗時間對膜污染的影響。不同反洗時間的TMP隨時間的變化趨勢如圖7所示。

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  從圖7上可以看出,在反洗時間為60s時,每個反洗周期間TMP增長較小,僅為5kPa;反洗時間為45s時,每周期間的TMP增長明顯,7h后產(chǎn)水負(fù)壓增長至36kPa,表明反洗時間對膜污染的影響作用較大,反洗時間越長,膜污染的去除效果越好,該水質(zhì)條件下的反洗時間宜選擇60s。

  2.6 穩(wěn)定運行試驗

  根據(jù)初步確定的運行參數(shù)進(jìn)行為期一周的穩(wěn)定運行。穩(wěn)定運行通量選擇為40LMH,反洗周期為45min,反洗時間為60s。加藥反洗周期為7h,加藥反洗次氯酸鈉濃度為100〜150mg/L,加藥反洗時間為10min。穩(wěn)定運行持續(xù)了共150h。運行情況如下圖8。

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  穩(wěn)定運行在72h時,由于進(jìn)水水質(zhì)變差,系統(tǒng)運行壓力增長明顯。在穩(wěn)定運行后期,因進(jìn)水水質(zhì)變好,運行壓力增長趨于緩慢。最后階段運行壓力在增長至24kPa后趨于平緩,150h后結(jié)束穩(wěn)定運行。結(jié)束后依舊采用加藥反洗的方式,恢復(fù)膜片。

  3、結(jié)論

  (1)平板陶瓷膜處理后的回用水COD在20〜42mg/L間,濁度在0.05〜0.2NTU間,水質(zhì)與原工藝(雙層過濾器+中空纖維超濾)的出水水質(zhì)接近,滿足回用要求。

  (2)通過運行通量、反洗周期、反洗時間對膜污染的影響試驗,可得出在該種水質(zhì)條件下適合的運行參數(shù)為:運行通量40LMH、反洗周期45min、反洗時間60s。

  (3)在一定運行條件下,采用次氯酸鈉化學(xué)加強清洗、清洗周期1次/7小時、藥劑濃度(次氯酸鈉)100〜150mg/L能穩(wěn)定運行,運行跨膜壓差在:5〜30kPa之間。( >

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