精對苯二甲酸廢水雙膜法深度處理及回用工程

李紅蓮，郭日南，高建坤，邱如斌

(1.閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系，福建 龍巖 364021;2.三達膜科技(廈門)有限公司，福建 廈門 361022)

0 引言

石化行業(yè)是用水大戶也是排水大戶，廢水處理與回用已經(jīng)迫在眉睫。精對苯二甲酸(簡稱PTA)是重要的石油化工產(chǎn)品，是化纖、塑料和樹脂工業(yè)的主要原料之一。目前對PTA廢水的處理僅僅停留在國家二級排放標準上，會給環(huán)境帶來潛在的危害。如能對PTA廢水進行循環(huán)利用，不但可以減少廢水排放引起的環(huán)境污染，而且會在一定程度上緩解水資源短缺的狀況[1]。某石化企業(yè)主要產(chǎn)品為PTA。由于PTA廢水成份復(fù)雜，有一定的含鹽量，而且錳、鈷含量較高，采用一般傳統(tǒng)處理技術(shù)難以實現(xiàn)低成本的回用，而膜分離技術(shù)對鹽份和溶解性小分子有機物的截留率較高并且穩(wěn)定。因此該項目采用膜技術(shù)作為核心的處理技術(shù)，實現(xiàn)水的回用。根據(jù)該廢水的特點，采用跌水曝氣、新型組合濾池、超濾與反滲透工藝組合，將現(xiàn)有的廢水深度處理后，達到了凈化、脫鹽目的，出水回用于生產(chǎn)給水和循環(huán)冷卻水。

1 設(shè)計水質(zhì)水量

該企業(yè)現(xiàn)有PTA污水生化處理系統(tǒng)日處理能力15 000～17 000 m3/d，放流水水質(zhì)達到了一級排放標準。廢水回用工程設(shè)計處理能力為預(yù)處理950 m3/h，超濾400 m3/h，反滲透266 m3/h，全系統(tǒng)回收率63%。污水回用系統(tǒng)進出水水質(zhì)見表1。

表1 污水回用系統(tǒng)進出水指標Table 1 Index of inlet and outlet of the reuse system

2 污水處理工藝及設(shè)計特點

2.1 工藝流程

通過對進水水質(zhì)情況分析，PTA污水的深度處理工藝包括了四個處理單元:預(yù)處理單元、連續(xù)超濾單元、反滲透單元、濃水處理單元。其中預(yù)處理部分以跌水曝氣和多介質(zhì)過濾為主，超濾工藝進一步去除水中的小分子膠體等物質(zhì)，保障后端反滲透工藝穩(wěn)定運行。

反滲透則作為深度處理的重要手段，使出水達到回用要求。污水深度處理工藝流程如圖1所示。

2.2 主要工藝單元及特點

2.2.1 預(yù)處理工藝

圖1 污水深度處理與回用工藝流程Fig.1 Schematic diagram of wastewater advanced treatment and reuse

預(yù)處理單元采用“跌水曝氣+V型濾池”工藝，跌水曝氣池有效尺寸17.4 m×12 m×3.5 m，V型濾池共3組，單池7.7 m ×18.2 m ×3.5 m。濾料自下到上分別為卵石:4～8 mm，層高100 mm;組合濾料0.6 ～2 mm，層高600 mm;石英砂:0.7 ～1.2 mm，層高400 mm。濾料體積為300 m3。反洗過程氣沖強度1 000～1 400 m3/h，時間2～3 min，水沖強度1 150～1 45 0 m3/h，時間4～5 min。該工藝能去除大部分懸浮物和濁度，并能脫除部分COD和已經(jīng)形成沉淀的部分金屬離子，減輕后續(xù)的處理負荷，發(fā)揮最大的去除重金屬離子作用。其主要技術(shù)特點是:①新型組合濾料提高鈷錳去除效率。該濾料由多孔燒結(jié)濾料、高活性錳砂濾料、石英砂濾料等組合而成，吸附去除效率高、綜合比重輕的特點，這樣就為后續(xù)膜過濾的處理創(chuàng)造了良好的進水條件。②跌水曝氣動力消耗少。③模塊化濾池結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定出水質(zhì)量和清洗效率。三組V型濾池，可以同時過濾和分格清洗。濾池設(shè)計氣水復(fù)合反沖洗系統(tǒng)，保持沖洗效果和出水效果的穩(wěn)定。

2.2.2 超濾系統(tǒng)

超濾系統(tǒng)主要的作用是去除原水中的大分子膠體、黏泥、微生物、有機物等能夠?qū)Ψ礉B透膜造成污堵的雜質(zhì)。該工程選用外壓式中空纖維超濾膜，超濾裝置選用OMEXELL SFR2860超濾膜共4套(4×100 m3/h)。超濾膜的主要技術(shù)參數(shù)如下:膜材料為PVDF，公稱膜孔徑為 0.03 μm，pH 范圍為 2 ～11，過濾通量 40 ～120 L/m2·h，過濾進水壓力 1.5 ～ 4.0 bar，跨膜壓差TMP≤2.1 bar。其主要技術(shù)特點是:①過濾膜采用PVDF材質(zhì)，化學(xué)穩(wěn)定性高，耐酸堿、抗氧化、易清洗、使用壽命長，最大瞬時耐次氯酸鈉可以達到5 000 mg/L，比PS(聚砜)、PES(聚醚砜)材質(zhì)超濾膜的耐氧化性提高了10倍[2]。②膜表面經(jīng)過親水改性，膜孔成型好、孔徑小(0.03 μm)、孔隙率高、水通量大、水量衰減小。③外壓式運行方式，進水條件寬，截留物不易堵塞進水流道。使用中空纖維超濾膜作為預(yù)處理可以確保反滲透進水的低濁度、低SDI。

2.2.3 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)是脫鹽的關(guān)鍵，該系統(tǒng)共設(shè)2套反滲透裝置，每套進水流量190 m3/h，產(chǎn)水量133 m3/h，總產(chǎn)水量為266 m3/h。膜芯排列為每套配置216根LFC3-LD膜組件，采用六芯裝膜玻璃鋼外管(耐壓300 psi)，分量段設(shè)置，排列方式設(shè)置為第一段24根膜管，第二段12根膜管，兩段串聯(lián)(簡稱24×12排列)。正常運行溫度10～40℃，進水壓力 3～5 bar。反滲透膜(RO)采用美國海德能低污染反滲透膜元件LFC3-LD。其主要技術(shù)特點是:①低污染反滲透膜元件LFC3-LD是對膜表面進行了根本性的化學(xué)改進，從而使進水中的負電、正電、中性、兩性的污染物在膜表面上的吸附性大大減弱，使膜水通量保持穩(wěn)定。②膜表面與水的接觸角由原先的62°降低到47°增強了膜的親水性，提高了膜對膠體、有機物、金屬離子的抗污能力。③反滲透系統(tǒng)為一級二段設(shè)計，并設(shè)置段間增壓泵，使兩段膜的負荷和效率更加均衡，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性[3，4]。

3 工程調(diào)試及運行

3.1 工程調(diào)試

該工程2月24日開始進水調(diào)試，調(diào)試和運行時應(yīng)保持較為穩(wěn)定的進水負荷，以達到穩(wěn)定的去除效果。預(yù)處理工藝包括過濾、反洗、加藥控制。過濾關(guān)鍵要控制濾池的液位、過濾周期、反洗時的氣、水沖強度、時間、加藥殺菌等。過濾出水重點控制指標為 SS≤20 mg/L、Co2+≤0.5 mg/L、Mn2+≤0.2 mg/L。超濾、反滲透系統(tǒng)的調(diào)試必須要用上一級的合格產(chǎn)水對下一級管路、閥門、設(shè)備等進行徹底清洗后在開始調(diào)試。超濾過程包括運行、反洗、分散化學(xué)清洗和化學(xué)清洗，關(guān)鍵控制進水壓力、反洗水壓力、跨膜壓差、加藥量、清洗流量、清洗時間等環(huán)節(jié)，超濾出水水質(zhì)重點控制指標要求為:濁度≤ 1.0 ntu、淤塞指數(shù) SDI≤5.0 、COD≤30 mg/L 、SS≤15 mg/L。反滲透膜通量為16.6 L/m2·h，段間增壓泵須使前后兩段膜的運行通量相差控制在2倍以內(nèi)，使得流量分步均勻，后段膜的LSI指數(shù)不高于1.6。根據(jù)進水條件，需要通過添加硫酸(添加濃度大致在200×10－6～400 ×10－6左右)調(diào)整 pH，控制范圍在6.6左右，使得系統(tǒng)LSI指數(shù)(污難溶鹽飽和指數(shù))在1.6左右，同時間斷性添加適量阻垢劑，確保膜系統(tǒng)在低污染的條件下運行。經(jīng)調(diào)試產(chǎn)水水質(zhì)全面合格并回用于生產(chǎn)給水和循環(huán)冷卻水。

3.2 工程運行

該處理設(shè)施經(jīng)調(diào)試后，進行了優(yōu)化工藝操作參數(shù)，并進行相關(guān)設(shè)備整改，在調(diào)試過程中不斷完善，系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，連續(xù)4天對系統(tǒng)進水及產(chǎn)水水質(zhì)進行監(jiān)測，工程處理效果見表2。

表2 主要水質(zhì)指標及回用標準Table 2 The main water quality index and reuse standard

由表2可以看出:污水經(jīng)系統(tǒng)深度處理后，產(chǎn)水水質(zhì)完全滿足企業(yè)回用的要求。進水SS為39～62 mg/L，Cl－為39.5 ～61 mg/L，(SO4)2－為 12.1 ～28.6 mg/L，電導(dǎo)率為 2 420～2 610 μs/cm，堿度為 1 342～1 587 mg/L;水質(zhì)波動較大，系統(tǒng)對 CODcr、Cl－的平均去除率在 96% 以上，Co2+、Mn2+、(SO4)2－、電導(dǎo)率、堿度、硬度的平均去除率在97%以上;SS、T-P的平均去除率在88%以上。

4 效益分析

該項目實施后，既有明顯的經(jīng)濟效益，也具有很好的環(huán)境效益和社會效益。中水回用系統(tǒng)所產(chǎn)生終端產(chǎn)水部分用于補充循環(huán)冷卻水，另外一部分用于脫鹽系統(tǒng)的給水，替代了原來使用的新鮮水。每年(按350 d計)可回收外排污水223.44萬 m3，節(jié)約新水223.44萬m3，按該地區(qū)新水取水及處理費用2.5元/m3計算，運行成本1.68 元/m3，可節(jié)約183.22 萬元/a。

5 結(jié)論

(1)采用跌水曝氣、新型組合濾池、超濾與反滲透工藝組合深度處理PTA廢水，產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，出水回用于生產(chǎn)給水和循環(huán)冷卻水，創(chuàng)造了一定的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益，具有很好的借鑒意義。

(2)科學(xué)合理的預(yù)處理是保證膜法中水回用正常運行的必要條件，從而保證膜系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行。采用雙膜技術(shù)深度處理廢水，具有較好的穩(wěn)定性和抗污性，達到了廢水“資源化”的良好效果。

[1] 嚴生虎，黃曉蕾，張躍.對苯二甲酸生產(chǎn)廢水回用實驗研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2009，3(9):1 611 －1 614.

[2] 嚴濱，徐偉，王錦龍，等.精對苯二甲酸生產(chǎn)污水的深度處理和回用[J].廈門理工學(xué)院學(xué)報，2009，17(4):66 －70.

[3] 李旭升，陳東玖，張強利，等.化工廢水雙膜法深度處理及回用工程[J].水處理技術(shù)，2008，34(4):68 －69.

[4] 時永前.利用“雙膜法”對石化污水進行深度處理[J].石油化工環(huán)境保護，2005，28(3):39 －43.