反渗透技术在石化工业废水回用中的应用

反渗透技术在石化工业废水回用中的应用
反渗透技术的作用是去除水中盐分，其原理是通过在半透膜一侧施加大于渗透压的压力，将净水压至产水段，将盐分留在浓水段。反渗透去除的是水中的各种离子，只有水能透过反渗透膜，反渗透膜对NaCl的截留率>98%，其出水为去离子水。反渗透膜可去除可溶性盐分，如金属离子盐分，也可去除有机物和细菌等大分子，在废水处理中已广泛应用。
石化工业废水
1、反渗透技术的系统流程
以某石化公司水气厂污水处理厂中水回用系统作为案例分析。该污水处理厂上游来水成分以石油化工厂含油污水为主，装置的主要设施包括隔油池、气浮池、水解酸化池、曝气池、二沉池、曝气生物滤池，装置的*终水部分进入回用装置，经过超滤膜和反渗透膜进行处理，然后进入离子交换树脂的脱盐水装置，作为脱盐水的原水处理成为脱盐水。pH做为*基本的污水指标，势必成为供求的热点，这对广大的E-1312 pH电极，S400-RT33 pH电极制造商，比如美国BroadleyJames来说是个重大利好。美国BroadleyJames做为老牌的E-1312 pH电极，S400-RT33 pH电极制造商，必将为中国的环保事业带来可观的经济效益。我们美国BroadleyJames生产的E-1312 pH电极，S400-RT33 pH电极经久耐用，质量可靠，测试准确，广泛应用于各级环保污水监测以及污水处理过程。
该套污水流程主要分为一级处理、二级生化处理和回用装置，一级处理通过隔油池、气浮池去除水中的油和悬浮物，二级处理通过生化处理可降低95%的COD，通过一级和二级处理，生化部分出水COD达到50mgL以下、电导率达到了2500us/cm以下。其中回用装置的主要设施包括中速过滤器、臭氧接触氧化池、盘片过滤器、超滤膜装置、保安过滤器和反渗透膜装置。
回用装置生产流程为：曝气生物滤池出水提升至中速过滤器，过滤后进人臭氧接触池，深度降解水中微量COD、氨氮，氧化出水进入超滤装置，阻截水中的大分子有机物、细菌等杂质，超滤出水再经高压泵提升进入反渗透膜，当出水水质电导率<200μs/cm时，经回用水泵提升至脱盐水装置。
每套反渗透膜分为2段，第1段的进水为原水，通过第1段的反渗透膜产出产水和浓水，其产水通过产水管线进入产水池，第l段的浓水进入第2段反渗透膜中，作为其原水，通过第2段反渗透膜的过滤，产出产水和浓水，产水进入产水池，浓水排入污水系统进行处理。
2、反渗透技术的运行维护
反渗透膜堵塞原因分析
反渗透膜在运行过程中易存在堵塞的问题，原因为细菌滋生、钙、镁离子结垢。针对细菌滋生问题，在超滤系统前端投加次氯酸钠药剂，在超滤系统中杀死细菌，并在出水中留用余氯，抑制细菌滋生，同时在反渗透进水中投加非氧化性杀菌剂以杀死细菌。
但水中余氯会损害反渗透膜，在反渗透膜前端需要投加还原剂以消除余氯。针对钙、镁等离子结垢，在反渗透前端投加阻垢剂，阻垢剂和还原剂都从*药剂厂家购买。在应用实例中阻垢剂投加浓度5×10-6，还原剂浓度3×10-6，根据进水水质进行调节。
化学清洗
在反渗透膜运行一段时间后，膜内会滋生细菌以及结垢，影响反渗透膜的产水量和脱盐率。所以定期需要对反渗透膜进行化学清洗，化学清洗包括碱洗和酸洗，碱洗的作用是去除反渗透中的细菌等有机污染，酸洗的作用是去除反渗透膜中的无机污染和金属氧化物。
每次碱洗和酸洗的配药浓度约为2.5%，碱洗剂和酸洗剂均从*药剂厂家购买。对于重度污染的膜需要碱液和酸液的反复清洗，将反渗透中污染物质去除。药剂在清洗过程中采用冲击加浸泡的循环方式，通过加药泵向反渗透中加药1h后停止运行加药泵，关闭化学清洗的加药和出药阀门，将药剂留在反渗透膜内浸泡，浸泡2h后，打开阀门，启动泵，循环冲击和浸泡。
在碱洗过程中，因为杀死微生物会产生大量泡沫，应及时清理，避免造成泡沫飞溅。
低压冲洗
在线低压冲洗是将浓水排水阀门、产水排水阀门及低压冲洗进水阀门同时打开，通过启动低压冲洗泵，使水流在反渗透膜管内产生紊流，冲洗膜表面的盐分和污染物，再通过排放水阀门排走。低压冲洗使用反渗透的产水作为冲洗水，避免产生二次污染。
低压冲洗在系统中被设置为常规操作，在开机和停机的过程中进行1次，可设置成每d的例行操作，定期进行冲洗。低压冲洗的压力、流量和时间都对冲洗效果有影响。流量一般大于运行流量，应避免流量过大，使盐分拥堵在膜内。运行压力一般以产水为准，不需要施加过大压力。操作时间为5～10min。
3、反渗透技术的应用效果
该应用实例中，反渗透装置为2套，以单套为例对水量和脱盐率进行分析。该反渗透系统使用东丽膜型号为TML20—400，单套为168支膜，分为2段。反渗透进出水水质和产量见表1。
石化工业废水
由表1可见，(1)该处理厂在预处理段没有脱盐装置，故反渗透进水的电导率在1000μs/cm以上，属盐分偏高的水。经过反渗透系统，出水电导率达到20μs/cm以下，脱盐率约为90%。(2)该型号反渗透膜装置单套产水达到100m3/h左右。(3)回收率控制在75%以下。根据数据分析，反渗透产水可替代工业水作为脱盐水装置的原水(工业水电导率为300～500μs/cm)，达到节能减排的目标。
4、反渗透技术的运行问题及解决办法
该套反渗透系统自建成起，在运行过程中遇到了6个问题，影响了装置的长周期运行。
(1)上游装置来水电导率高、含油高。上游装置来水成分复杂，电导率*高达5000μs/cm，含油*高达40mg/L。电导率高造成反渗透运行负荷超标，影响膜装置寿命。含油量高对反渗透膜造成污染，影响膜装置寿命。将高电导率和高油污水改排至其他污水装置，保证反渗透装置的运行。
(2)反渗透膜压差高，化学清洗没有效果。反渗透膜在运行一段时间后，压差增大，经过化学清洗后，压差没有明显降低，产水量也明显减少。解决办法是对反渗透膜进行离线清洗，离线清洗后产水量、脱盐率都恢复正常。
(3)铁管线中铁离子脱落。在水的运输过程中，经过多段碳钢管线，其中有部分管线的内衬破损导致碳钢管线中铁离子脱落，随水进入到反渗透膜中。解决办法是查找内衬破损的管道对内衬进行恢复，避免铁离子脱落。
(4)结垢问题。反渗透末端已发生结垢，由于反渗透第2段和第l段末端的压力都较低，水流速低，盐分不易被冲刷掉，在末端逐渐积累，其中CaCO3的结垢速度较快，其他难溶盐的结构速度较慢，例如硅酸盐、硫酸盐。在预防结垢的措施中，主要以投加阻垢剂为主，在运行一定周期后进行化学清洗，以溶解垢质随删。
(5)膜元件泄漏。在反渗透运行过程中需要较高的压力，在1MPa左右，在开机、停机过程中会因排气产生较大震动，致使得密封部件如O型圈松动，在运行过程中会因为污染、堵塞等问题造成压差高，中心管或外壳有破裂，导致泄漏。一般在开机过程中采用慢开阀门，使阀门缓慢打开，使反渗透的压力逐步升高，避免冲击。
(6)细菌污染。反渗透膜内在前端，易产生细菌污染，其来源一般在超滤产水中，因季节等原因滋生细菌，反渗透的非氧化性杀菌剂在长期投加后会使细菌产生耐药性，使细菌滋生更加严重。在杀菌剂投加后，细菌虽然被杀死，失去活性，细菌的躯壳还留在反渗透中，仍会造成污染，其中有机物质会成为其他细菌的食物。
反渗透膜技术在工业废水回用领域有巨大的应用潜力，其产水可以代替工业水，已达到节能减排的标准，但在实际运行中存在一些问题，如药剂材料成本、浓水如何处置、对上游来水水质的限制等。反渗透技术大规模应用还需加大研究力度，及时总结工业化过程中的经验，开发其应用空间。