納濾膜技術在烏洛托品廢水濃縮處理中的應用

劉國輝

(呼圖壁縣銳源通化工有限責任公司，新疆 昌吉州 831200)

目前在化工領域中的污染廢液種類很多，烏洛托品廢液就是其中的一種。烏洛托品是甲醛重要的衍生物之一，它廣泛應用于樹脂、塑料、橡膠等工業(yè)。烏洛托品是由甲醛和氨在堿性溶液中反應，縮合生成烏洛托品和水[1]。在實際生產過程中廢水的來源是裝置單元氨解析塔高溫解析后排放的殘液，里面含有量大約在0.1%～0.2%左右的烏洛托品其余成分為水。一部分殘夜作為氣流干燥排出氣的洗滌用水返回烏洛托品裝置單元，多余部分進入工廠污水處理系統(tǒng)進一步處理。這種方法的處理缺點是烏洛托品成分完全損失，增大了污水站處理的難度。

隨著工業(yè)不斷地發(fā)展，生產過程自動化，人們日益對環(huán)保意識的提高以及政府職能部門對節(jié)能降耗的苛求，如何實現資源綜合利用、節(jié)能、環(huán)保的新過程顯得尤為重要。在廢水濃縮處理方面，納濾膜濃縮技術可有效實現對可用物質的回收，本文將從納濾膜在烏洛托品行業(yè)生產廢水濃縮應用方面進行介紹。

1 高壓納濾設備工作原理

納濾膜設備就是以納濾膜為核心產品，膜表面分離層擁有納米級(10 nm以下)的孔結構，利用多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定大小的雜質顆粒，透過物大小在1～10 nm，截留分子量100～1000之間的物質。對特定溶質有很高的截留率，主要應用于溶液中大分子物質的濃縮和純化。烏洛托品分子質量為140，所以從分離原理上講適用于烏洛托品生產廢水的濃縮。

2 高壓納濾選型技術優(yōu)勢

德國某公司的MTNF高壓納濾膜組件是專門為物料濃縮處理而開發(fā)的一種新型結構膜組件，MTNF納濾膜的內部格網采用梯形的專利結構，廢水在格網形成的通道內流動，內部橫向具有加強筋在料液流動時候的增加紊流，可以降低膜的濃差極化作用，使得MTNF 膜組件的耐污染能力得到提高。采用的高壓納濾膜組件可以達到 10 MPa耐壓壓力，使回收效率得到極大提升；MTNF膜組件不像其它納濾系統(tǒng)進行長期的進水預處理，并且內置清洗循環(huán)泵，使得MTNF納濾膜完成一定工作期限后可定期清洗，降低結垢率，改善納濾膜使用壽命。

2.1 高壓納濾膜組件

型號：DS98A-8040CP-V2；膜片材質：聚酰胺工業(yè)抗污染納濾膜；膜組件面積：32.0 m2/支；進料流量：每支膜 6.0～12.0 m3/h；耐壓：90 bar；數量：28。

2.2 高壓納濾膜性能

膜性能參數表1。

表1 膜性能參數

3 烏洛托品廢水濃縮處理工藝

工藝流程步驟：來自烏洛托品生產裝置中解析塔底的排放液進入保安過濾器進行過濾，用高壓泵加壓輸送至高壓納濾膜組件進行納濾濃縮，濃縮液含量在10%～12%的烏洛托品溶液重新進入生產裝置母液槽進行循環(huán)再利用，接近純水的透過液進入軟水公用工程系統(tǒng)。高壓納濾流程示意見圖1。

圖1 高壓納濾流程示意圖

3.1 進料保安過濾

為保證系統(tǒng)運行的連續(xù)性，設備配有pp熔噴濾芯過濾器將烏洛托品廢水經過濾去除雜質。防止進料異常導致的系統(tǒng)停機，設備均配有pp熔噴濾芯過濾器。pp熔噴濾芯潔凈度高，還具有耐酸堿腐蝕優(yōu)點。pp熔噴濾芯內部微觀孔隙小，空隙≤ 5 μm使過濾效率能達到98%以上。運行過程中，雜質會在熔噴濾芯內部孔隙發(fā)生架橋現象，使小于空隙的雜質被阻攔住。在過濾器進、出水端管道上安裝有壓力傳感器和現場壓力表，當過濾器堵塞當壓差超過 0.1 MPa的時候應及時進行更換濾芯。

3.2 高壓納濾

將進料保安過濾后烏洛托品廢水經納濾膜納濾，為提高納濾回收率系統(tǒng)組件所用高壓納濾膜數量共32支，操作壓力為4.0～6.0 MPa，納濾膜組件透過液進入反滲透膜組件，納濾膜納孔徑為1～2 nm截留分子質量為140的烏洛托品分子。

3.3 濃縮液及透過液回用

經高壓納濾濃縮后，將納濾膜組件截留液進行烏洛托品含量檢測，判定濃縮液回用至烏洛托品生產車間或進行二次濃縮。產生的透過液進行回用或進入廠區(qū)軟水公用工程系統(tǒng)。

3.4 膜的沖洗及化學清洗

本系統(tǒng)采用批次清洗設計，設置專門的清洗泵、清洗管路。

3.4.1 化學清洗

為保持納濾膜組件的回收效率，納濾膜應定期進行清洗恢復性能。清洗劑分酸性AP310清洗劑和堿性CP120清洗劑兩種型號，堿性清洗劑的主要作用是清除納濾膜污染的有機物，酸性清洗劑的主要作用是清除納濾膜中污染的無機物，見表2。在清洗膜組清洗液在系統(tǒng)內進行強制循環(huán)，以除去過濾在膜上的污染物質，清洗后的液體排入廠內污水系統(tǒng)進行處理。清洗可根據實際情況設定清洗執(zhí)行時間，一般為 2 h。系統(tǒng)操作面板設定參數實現PLC自動控制。

表2 化學清洗污染物類型

3.4.2 清洗方案及周期

清洗時間間隔的長短主要取決于進水中的污染物質造成的污染程度。在相同進水條件下，膜組件進出口壓差變大超過設計值或透過液流量減少10%～15%時應進行清洗。根據本項目水質條件及我們的運行經驗，清洗方案及周期如表3。

表3 清洗方案及周期

4 納濾設備自控系統(tǒng)

納濾膜脫除回收率受輸送壓力、廢液溫度、廢液濃度、流量等因素影響。為提高系統(tǒng)運行的高回收率及自動化程度，采用PLC自動控制。現場主要傳感器采集的數據信號均被送往 PLC 控制器。

4.1 在線溫度傳感器

系統(tǒng)通過設置在進料、濃縮液管路上進行溫度在線檢測，并將檢測值送PLC控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)通過比較檢測值與設定值的差距，判斷溫度是否在正常范圍內，超過設定值時，系統(tǒng)自動報警，超限自動保護性停機。

4.2 在線壓力傳感器

在進料管路、納濾膜組件進口及濃縮出料管路上分別安裝在線壓力傳感器，數據送往PLC處理，同時在顯示屏上顯示，對系統(tǒng)的正常工作壓力進行檢測和調整，當壓力超限時切換至自動保護性停機狀態(tài)。當來自生產解析塔廢水輸送壓力低時，報警缺水并停機；高壓泵出口壓力傳感器的壓力范圍超過設定值時系統(tǒng)報警，控制系統(tǒng)會自動調節(jié)泵的運行轉速，以保持壓力恒定；濃縮液出口壓力傳感器監(jiān)測濃縮液出口輸出管路是否暢通。

4.3 流量檢測儀

在設備的進水和產水設置流量檢測儀，PLC系統(tǒng)通過操作人員設定的流量值自動調節(jié)濃縮出口比例調節(jié)閥，從而保證出料濃縮達到預定的濃縮倍數，并根據進水流量值進一步判斷處理系統(tǒng)運行的回收效率。

4.4 液位傳感器

為保證設備整體安全運行對進出罐的液位進行實時監(jiān)測，液位傳感器分別安裝在解析塔廢水緩沖槽以及烏洛托品濃縮液回收的母液循環(huán)槽上，當液位超出或低于設定值時，PLC系統(tǒng)進入聯(lián)鎖狀態(tài)自動調整運行或停止。

5 運行成本分析

只針對我公司年產2萬t烏洛托品裝置實例購買濃縮設備運行進行分析。

5.1 基礎數據

表4 基礎數據表

5.2 投入后運行數據

圖2 廢水中烏洛托品含量曲線

圖3 濃縮后烏洛托品含量曲線

為了檢驗濃縮倍數及回收率的效果，定期對排放液和濃縮液進行化驗分析，廢液濃縮濃度變化主要受烏洛托品解析塔排放液含量的影響，以及膜濃縮效率下降或被清洗后的效率提升后的影響,見圖2、3。圖中運行半年的數據廢水中烏洛托品含量與濃縮后的含量曲線運行曲線基本一致，計算后的濃縮值穩(wěn)定在11～13倍的區(qū)間，試驗表明烏洛托品的平均截留率可達到99%以上。

5.3 每日運行成本

高壓納濾處理主體設備總裝機功率56.5 kW，因變頻控制平均運行負荷45 kW，噸水能耗6.625 kWh/m3(按照進水量163 t/d計算)。

表 5 日運行成本分析表

6 年效益分析

表6 年運行成本分析表

7 結論

烏洛托品生產工藝解析廢水可以通過污水處理裝置或納濾膜濃縮裝置進行處理,但處理的理念路線完全不同。系統(tǒng)產生的廢水以往全部送入污水處理站處理，采用預處理+氣浮+厭氧+好氧處理+混凝沉淀工藝，處理后的水達到標準后再利用，這種方法并沒有從源頭解決殘夜造成的環(huán)境污染問題。而新型納濾膜濃縮設備,對烏洛托品有著優(yōu)異的截留性能，利用裝置濃縮分離后的烏洛托品母液回收再利用,既減輕了污水處理成本又為企業(yè)增加了效益，可謂一舉兩得。