1 前言
污水回用是水資源可持續(xù)戰(zhàn)略的重要組成，有助于同時解決水資源短缺和水環(huán)境污染問題。污水回用處理是對已經(jīng)達到排放標準的市政污水和工業(yè)污水進行深 度處理，去除有機污染物和無機鹽，處理后的水質(zhì)要達到具體回用用途相關(guān)水質(zhì)標準，因此能夠*去除溶解性污染物的反滲透技術(shù)成為污水回用處理的核心工藝。 反滲透工藝能否成功的關(guān)鍵在于對于原水中污染物的適應(yīng)性。目前工業(yè)污水的回用處理技術(shù)目前已經(jīng)開始在鋼鐵、石化、電力和市政等各個耗水量大的行業(yè)進行推 廣。但由于污水水質(zhì)復(fù)雜多變，受到生水水質(zhì)、生產(chǎn)工藝及處理工藝的影響，同一類型的污水在不同的時間和地點的膜污染特性會有較大區(qū)別。
石油化工行業(yè)是典型的用水大戶，但由于石化污水、廢水具有COD高、含油等*的復(fù)雜性，對于如何將其合理的處理回用，業(yè)界一直持謹慎態(tài)度。美國海 德能公司在石化系統(tǒng)開展了一系列現(xiàn)場試驗?，F(xiàn)場試驗*模擬實際工業(yè)運行狀況，采用24小時連續(xù)運行，試驗反滲透系統(tǒng)回收率約70 %。需要指出的是，這些現(xiàn)場試驗采用了美國海德能公司一直倡導(dǎo)的集成膜工藝（IMS®），使用美國海德能公司的HYDRAcap®中空超濾膜系統(tǒng)作為反滲透的預(yù)處理工藝，性能穩(wěn)定水質(zhì)優(yōu)異的HYDRAcap®超濾技術(shù)與*的LFC®低污染膜相結(jié)合，完成了對于水質(zhì)復(fù)雜多變且污染性*的石化廢水的深度凈化處理。本文總結(jié)了三個石化廢水現(xiàn)場試驗中反滲透膜系統(tǒng)的運行情況和水質(zhì)變化，三個試驗的原水分別是乙烯廠二級排放水、化肥廠冷卻循環(huán)水排水和烯烴廠冷卻循環(huán)水排水。
2 試驗
2.1 試驗基本情況
試驗水質(zhì)為石化廠有回收價值的綜合排水和冷卻循環(huán)水，試驗2和試驗3兩種循環(huán)水的生水分別是黃河上游和黃河下游地表水。三個試驗的運行時間跨越了夏冬兩季比較的水溫和水質(zhì)變化，因此具有很強的代表性（見表1）。
表1 試驗工藝
| 試驗編號 | 1 | 2 | 3 |
| 試驗時間 | 2004.5.21 – 9.18 | 2004.12.11 – 2005.1.20 | 2005.6.27 – 9.1 |
| 累計運行時間 | 123天 | 41天 | 66天 |
| 試驗水源 | 乙烯二級排放污水 | 化肥循環(huán)冷卻排放水 | 烯烴循環(huán)冷卻排放水 |
| 試驗工藝 | 預(yù)過濾器（100 μm）+ 超濾 + 反滲透 |
| 試驗用膜 元件型號 | 超濾膜元件 | HYDRAcap60（美國海德能公司產(chǎn)品） |
| 反滲透膜元件 | LFC1 | LFC3-LD | LFC3-LD |
2.2 反滲透水源與工況對比
表2 試驗水質(zhì)表
| 序號 | 分析項目 | 單位 | 試驗1 | 試驗2 | 試驗3 |
| 1 | 溫度 | ℃ | 23 – 39 | 10 – 32 | 37 – 42 |
| 2 | pH值 | N/A | 6.28 – 8.18 | 8.0 – 8.5 | 8.0 – 8.7 |
| 3 | 濁度 | NTU | 6.3 – 113 | 20 – 48 | 5.6 – 439 |
| 4 | 電導(dǎo)率 | μs/cm | 624 – 1 810 | 2 000 – 3 000 | 3 000 – 4 800 |
| 5 | 堿度（CaCO3計） | mg/L | 29.12 – 302.88 | 140 – 190 | 165 – 310 |
| 6 | 總硬度（CaCO3計） | mg/L | 86.34 – 315.9 | 600 – 1200 | 1 042 – 1 400 |
| 7 | Ca2+（CaCO3計） | mg/L | 78.1 – 256 | N/A | 577.9 – 731 |
| 8 | Mg2+（CaCO3計） | mg/L | N/A | N/A | 435.1 – 670 |
| 9 | Fe3+ | mg/L | N/A | 0.3 – 0.6 | 0.3 – 0.9 |
| 10 | 化學(xué)耗氧量 | mg/L | 22.9 – 112（鉻法） | 40 – 70（鉻法） | 9.2 – 21（錳法） |
| 11 | 含油量（正常情況） | mg/L | 0.59 – 3.18 | N/A | 0.4 – 1.9 |
| 12 | 活性SiO2 | mg/L | 8.5 – 25.1 | 25 ～ 30 | 29.2 – 47.3 |
| 13 | HCO3- | mg/L | N/A | N/A | 170.6 – 321 |
| 14 | SO42- | mg/L | 175.2 – 268.7 | N/A | 610 – 935 |
| 15 | CI- | mg/L | N/A | 210 – 390 | 551 – 772 |
| 16 | NO3- | mg/L | N/A | 270 – 420 | N/A |
| 17 | 氨氮 | mg/L | 0.1 – 5.94 | 0.5 – 3.8 | N/A |
| 18 | 總?cè)芙夤腆w | mg/L | N/A | N/A | 2 264 – 3 408 |
| 19 | 總磷 | mg/L | N/A | N/A | 5 – 7.4 |
中試反滲透系統(tǒng)由于受到裝置設(shè)備的空間限制，三地試驗均采用了兩支8英寸膜元件串聯(lián)組成，并配有濃水回流部分以真實模擬工業(yè)系統(tǒng)回收率情況，如圖1：
圖1 反滲透系統(tǒng)試驗工藝流程圖
濃水回流工藝是通過增加膜表面流速以減小濃差極化值的方式使小系統(tǒng)回收率達到了大型工業(yè)系統(tǒng)的標準。在這種情況下，難溶鹽及有機物的濃縮倍率與實際 工業(yè)系統(tǒng)*一致，模擬了大型工業(yè)系統(tǒng)末端濃水出口處兩支膜元件的實際運行狀況，同時由于直接面對原水，膜所受到的有機物及膠體物質(zhì)污染的狀況與大系統(tǒng)首 只膜元件的狀況相同。因此以上試驗系統(tǒng)工藝可以認為是在實際工業(yè)系統(tǒng)zui差狀況下的運行模擬，可以充分地暴露膜受到各種污染及結(jié)垢影響時可能出現(xiàn)的問題，對 于實際工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計有參考價值和指導(dǎo)意義。
3 反滲透系統(tǒng)運行對比分析
表3 對比試驗數(shù)據(jù)分析
| 項 目 | 試驗1 | 試驗2 | 試驗3 |
| 反滲透工藝 | 兩支8寸膜元件串聯(lián) |
| 產(chǎn)水量，m3/h | 1.65 – 2.0 | 1.6 – 2.1 | 1.4 – 1.7 |
| 產(chǎn)水通量，L/m2h | 22.2 – 26.9 | 21.5 – 28.2 | 18.8 – 22.9 |
| 操作壓力，MPa | 1.05 – 1.26 | 0.8 – 1.1 | |
| 系統(tǒng)收率，% | 70 – 75 | 60 – 65 | 65 – 70 |
| 阻垢劑投量，mg/L | 2 | 3 | 3 |
| 水源特點 | 有機物含量高，沖擊試驗時反滲透進水COD為：110 mg/L，含油量：10 mg/L | 有機物含量高，溫差變化大，溶硅含量高，加藥復(fù)雜并有化學(xué)滲漏 | 復(fù)雜陽離子型藥劑投加，硬度堿度高，溶硅含量高 |
圖2 現(xiàn)場試驗反滲透產(chǎn)水量、給水壓力和水溫
圖2為三個試驗反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水量、壓力與溫度變化總圖；試驗1產(chǎn)水量在8月9日極限沖擊（采用生化處理前水源，雖然以超濾作為預(yù)處理但進入反滲透系 統(tǒng)的COD仍高達110 mg/L，含油量為10 mg/L）時開始下降，化學(xué)清洗后系統(tǒng)產(chǎn)量、壓力恢復(fù)。試驗2中，由于正值北方冬季，晝夜溫差變化大（一天內(nèi)變化可達到15 ℃）且對循環(huán)水排污水的影響也大，在反滲透系統(tǒng)壓力波動小的情況下造成產(chǎn)水量波動較大。試驗3中，循環(huán)水投加的殺菌劑與剝離劑均為陽離子型藥劑，頻繁加藥 對系統(tǒng)影響較大，雖然美國海德能公司LFC3-LD型反滲透膜元件為表面電中性，但循環(huán)水中陽離子型藥劑濃度高且循環(huán)水堿度較高，因此對反滲透膜元件存在 影響（雖然美國海德能公司電中性膜元件在受到陽離子藥劑沖擊后，運行過程中能夠自動恢復(fù)，但不推薦使用）。
圖3 標準化產(chǎn)水量及回收率
圖3為標準化后的單位壓力反滲透系統(tǒng)產(chǎn)量；試驗1用膜元件為LFC1型號，試驗2、3用膜元件為LFC3-LD型號；試驗2的標準通量較高，是由于相對試驗3，進水溫度較低、進水含鹽量低和回收率低的原因造成；標準通量與溫度、水質(zhì)相關(guān)。
圖4中以看出壓差與溫度相關(guān)，溫度高時壓差小反之壓差較大；試驗1由于運行時間較長，因而在后期壓差升高幅度較大，壓差增大原因主要是由有機物引起；而試驗2、3 試驗過程中壓差變化不大，壓差增大原因主要是由無機鹽類引起。
圖4 壓差與溫度的相關(guān)性
圖5和6為反滲透系統(tǒng)的脫鹽情況，在各個中試過程中脫鹽率穩(wěn)定；試驗1原水含鹽量較低，反滲透產(chǎn)水水質(zhì)會受到源水COD或氨氮高低的影響，從而影響 脫鹽率；試驗2、3是典型的化工循環(huán)冷卻高含鹽量排污水，而且也會受到化工滲漏物的影響；試驗3中7月15日源水發(fā)生泄漏事故造成排污水電導(dǎo)濾達到8 000 μs/cm左右，反滲透脫鹽率保持不變。
圖5 進水電導(dǎo)率及產(chǎn)水電導(dǎo)率
圖6 進水電導(dǎo)和脫鹽率
石化廢水的zui大的特點是有機物含量與油含量較高，而且類型復(fù)雜；以上在試驗過程中，美國海德能公司的低污染膜元件對COD與油的脫除率較高，而且對 這些類廢水的抗污染性較強；圖7和8可知，對COD的脫除率zui低40 %，平均70 %；對油的去除率zui低40 %，平均75 %；試驗1過程中，連續(xù)4日的沖擊試驗中進入反滲透系統(tǒng)的COD平均69 mg/L，油平均6.1 mg/L。試驗2中油含量很低因此，沒有對油進行檢測，其他情況脫除率穩(wěn)定。
圖7 反滲透進水COD、產(chǎn)水COD及脫除率
圖8 反滲透系統(tǒng)進水、產(chǎn)水含油量與去除率的變化
4 結(jié)論
通過三個試驗地點不同水質(zhì)的現(xiàn)場試驗，LFC®低污染膜表現(xiàn)出對于高污染性石化廢水的良好適應(yīng)性，特別是新型低污染反滲透LFC3-LD膜能夠耐受循環(huán)排污水水質(zhì)大范圍波動及沖擊加藥的影響。連續(xù)的現(xiàn)場運行表明LFC膜的耐污染能力及穩(wěn)定的分離性能*可以實現(xiàn)規(guī)?；I(yè)應(yīng)用，具體如下：
l 低污染反滲透膜元件在以超濾為預(yù)處理工藝的試驗中，表現(xiàn)出良好的耐受COD與油的特性：低污染膜元件在平均進水COD小于30 mg/L時在試驗中長期穩(wěn)定運行；低污染膜元件在平均進水含油量小于1 mg/L時在試驗中長期穩(wěn)定運行。
l 在模擬工業(yè)系統(tǒng)末端膜元件的運行試驗中，反滲透膜元件的產(chǎn)水通量在12 – 16 GFD間運行穩(wěn)定。
l 低污染膜元件的電中性特點使系統(tǒng)能夠承受不同類型（陽離子、陰離子或中性）藥劑與表面活性劑的沖擊。
l 低污染反滲透系統(tǒng)對復(fù)雜的化工循環(huán)冷卻排污水有較強的適應(yīng)性，能夠耐受長期高溫運行（平均40 ℃，高達44 ℃）并保持脫鹽率。
l 在石化污水處理過程中，以超濾作為反滲透的預(yù)處理，能夠保證反滲透進水的SDI值，從而保證反滲透膜元件的穩(wěn)定運行。
