1 前言

近些年隨著我國工業化和城市化的進程，大量的工業和生活污染物排放到環境中，給水體帶來越來越嚴重的污染。惡化的水質危及工業生產和人們的健康，增加了整個社會獲取水資源的成本。目前水資源短缺已成為制約我國經濟和社會發展的重要因素。為此在各個領域，特別是高耗水的冶金、石化、電力等行業廣泛開展了節水工作。除了通過提高循環水濃縮倍數、選擇低耗水工藝等方式節約用水外，還努力開辟新水源，污水資源回用即是其中一項主要內容。

污水回用中遇到的一個重要技術問題是水源水質復雜，處理難度大。依靠傳統的混凝、沉淀、過濾等工藝往往不能高效地去除污染物，將廢水變成滿足使用要求的凈水。這些需求大大促進了新技術的應用和成熟——這就是膜分離技術。

某石化公司擬建一套污水回用處理系統，對經過二級生化處理的外排工業污水進行深度處理后，作為該公司化工廠鍋爐補給水。針對業主要求、工程條件和小型試驗結果，歐美環境工程有限公司提出了以超濾加反滲透為主的工藝方案。并與該石化公司合作，進行了中型試驗，以驗證超濾技術在此水質下作為反滲透預處理工藝的可靠性。

2 膜分離技術

膜分離技術是一大類技術的總稱。和水處理有關的主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透等幾類。這些膜分離產品均是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質。在壓力驅動下，尺寸較小的物質可通過纖維壁上的微孔到達膜的另一側，而尺寸較大的物質則不能透過纖維壁而被截留，從而達到篩分溶液中不同大小組分的目的。

反滲透主要用來用來去除水中溶解的無機鹽；而超濾則可以去除病毒、大分子物質、膠體等；微濾一般能夠去除水中的細菌、灰塵，具有很好的除濁效果。這些都是傳統的過濾（如砂濾、多介質過濾等）無法實現的。

因此，使用超濾或者微濾替代傳統的混凝、過濾，為下游反滲透膜提供極大限度的保護，成為近些年來的一個技術熱點。其中關注的要點包括：

（1）超濾/微濾的產水水質。

（2）超濾/微濾的抗污堵性能。

（3）經濟性，即投資及運行費用。

3 中試流程及裝置

根據該石化廠具體情況，歐美環境工程公司設計了如下的污水回用中試流程：

污水廠出水→加入混凝劑、助凝劑→微絮凝過濾→超濾→加入阻垢劑→反滲透

試驗的目的是確定“微絮凝直接過濾+超濾+反滲透”工藝流程處理該外排污水的可行性及可靠性。特別是考察超濾的各項性能。

試驗裝置緊湊地布置在一個集裝箱中，包括：

·多介質過濾器1臺；

·OMEXELL SFP2660超濾膜4支；

·LFC1-400低污染反滲透膜4支；

·相應的提升泵、反洗泵、高壓泵、加藥泵數臺；

·濁度儀1臺、SDI儀1臺；

·在線電導率儀、在線溫度計、在線流量計、在線pH計等。

中試裝置中OMEXELL SFP2660是歐美環境工程公司引進生產線制造的超濾元件。該型號專為廢水處理和反滲透預處理而設計、制造，采用改性的PVDF材質，耐污染、抗氧化。

經污水廠二級生化處理后的外排污水，經過微絮凝直接過濾去除水中部分的懸浮固體、膠體微粒和大分子有機物等后，進入超濾裝置。經過超濾裝置后水中的細菌殘體、膠體微粒、大分子的有機物被去除。保證出水濁度小于1.0NTU、SDI值小于3（工程方案設計參數），為反滲透裝置的進水提供保證。

超濾出水投加還原劑、阻垢劑進入反滲透裝置，反滲透膜選用的是LFC1抗污染膜，經過反滲透裝置可去除98%的鹽以及殘余有機物。

中試中監測了流程各點的濁度、SDI、流量、壓力、水溫、電導率、pH，并進行了COD的測定。

4 試驗結果

7月、9月、10月三次對原水取樣進行了分析，其水質基本穩定，平均結果列于下表：

表1：經二級生化處理后煉油廢水水質

4.1 濁度的去除

經過試驗，混凝劑的投加量確定為10mg/L。微絮凝直流過濾工藝是將混凝與過濾集為一體，絮凝劑與原水通過管道混合器混合后直接進入深床多介質過濾器，可去除部分的懸浮固體、膠體微粒和藻類等。

中試裝置超濾采用的是歐美環境工程公司的SFP2660超濾膜4支，并聯運行，產水5m3/h（水溫≥5℃時，每支膜處理量1.25m3/h）。每支膜每30分鐘水反洗一次，反洗時間1分鐘（包括濃排時間），反洗水流量2m3/h，每支膜每次反洗用水量0.13m3，SFP超濾回收率達95%。每12小時氣洗1次，進氣壓力0.1bar。1支反洗時另3支過濾、4支膜交替反洗。

原水濁度絕大部分在8～12NTU之間，絮凝過濾的出水濁度絕大部分在3～6NTU，超濾出水濁度始終小于0.50NTU，完全能滿足RO進水對濁度的要求（RO進水濁度要求≤1.0NTU）。

4.2 SDI的降低作用

SDI（污泥密度指數，或稱污染指數），是反滲透系統中，用來衡量反滲透進水水質的一個重要指標。由于原水水質較差，經過直流絮凝后，進入超濾的水的五分鐘SDI₅仍然無法檢測。這也表明了該石化廠污水經過絮凝過濾后的水質不能達到反滲透進水要求。而經過超濾后，中試階段SFP超濾產水的SDI值均小于1，完全滿足RO進水要求（RO進水要求SDI值小于5）。

4.3 COD的去除

COD是很多工業用水系統嚴格控制的指標，受到特別的關注。預處理系統（微絮凝直流過濾+超濾）對COD的去除試驗中，原水的CODcr在58.6～90.3mg/L之間，直流絮凝對CODcr的去除率微27%～54%，超濾對CODcr去除率為27%～49%，而兩部分合計去除率為50%～70%。SFP超濾出水CODcr小于32mg/L（CODmn小于9mg/L）。

由于煉油廢水中有機物與天然水體中有機物差異較大，其中各種烴類及其衍生物較多，因而造成混凝沉淀以及超濾對其中COD的去除率有限。但超濾產水進入反滲透后，在近40天的試驗中，分析表明反滲透膜的通量、脫鹽率等重要指標均未發生變化，表明“超濾+反滲透”的工藝在該水質條件下是可行的（反滲透系統另文詳述）。

4.4 超濾污堵情況

超濾的產水水質是超濾性能的一個重要方面，另一個重要方面則是超濾的抗污堵性能。這是超濾在廢水回用領域更重要的一面，直接影響超濾大規模應用的可行性。

試驗期間在保持超濾產水量恒定的情況下，記錄了超濾進出水的壓差變化。在試驗期內超濾的進水和產水側之間的壓力降幾乎沒有明顯的變化。這表明超濾的污堵情況十分輕微。

5 結論

“微絮凝直流過濾+超濾+反滲透”工藝的可行性和可靠性能夠滿足該石化廠煉油廢水回用至鍋爐補給水系統的要求。

超濾出水濁度小于0.5NUT、SDI值小于1、CODcr＜30mg/L（CODmn＜10mg/L），滿足低污染反滲透膜的進水水質要求。相比于混凝、沉淀、過濾等常規預處理流程，超濾顯示了更佳的除污效果。

試驗期間超濾的產水流量無衰減，其穩定性優于設計性能。相比預處理流程，超濾系統具有更好的穩定性。