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膜技术的进步以及膜成本的降低,极大地推动了双膜工艺在炼化污水深度处理领域的应用。但由于炼化厂污水水质复杂、杂质含量高及组成波动较大,使得系统运行一段时间后,整个系统出现严重的膜污染和结垢。结垢会引起系统污水处理量下降,出水水质变差,清洗以及运行周期缩短,能耗增加,严重影响了污水处理效率。笔者以新疆独山子乙烯厂污水双膜法深度处理系统为研究对象,针对乙烯厂污水水质特点,提出了解决系统结垢问题的方案。
独山子石化公司乙烯厂污水深度处理装置的主体工艺为“曝气生物滤池(BAF)+纤维过滤(FG)+微滤(MF)+反渗透(RO)”的组合工艺,以乙烯厂300m3/h符合GB8978—1996二级标准的污水处理场合格出水为处理对象,产品水的指标达到乙烯厂动力锅炉给水系统的补水水质要求。
笔者对深度水处理系统2009年1—9月运行过程中BAF、FG、MF、RO等主要操作单元进出水的pH和硬度进行了考察,统计数据显示:系统各单元进水平均pH基本维持在8.13~8.30之间,硬度维持在200mg/L左右。装置在现行条件下运行容易结垢,实际情况表现为BAF陶粒、MF进口及RO结垢严重,各单元清洗周期普遍较短,RO部分还存在离子浓缩现象,目前采用添加阻垢剂方法延缓结垢发生。但由于硬度过大且pH偏高,需投加的阻垢剂用量相对较高,运行成本高且阻垢剂的过量加入会导致反渗透膜有机物污染。
1深度水处理系统结垢倾向理论分析
一般采用朗格利尔饱和指数LSI判断水的结垢趋势,其值越大则结垢倾向越高。
2009年10月污水深度处理系统各单元进水水质参数如表1所示。
依据表1中系统各单元进水水质参数计算所得系统各单元进水的LSI见表2。
由表2可见,在不存在离子浓缩的条件下,BAF、FG、MF及RO均已存在结垢倾向,RO在离子浓缩后LSI更是高达3.0以上。而目前除反渗透采取了投加阻垢剂的阻垢措施外,其他各单元均没有采用任何阻垢措施。这也进一步解释了该污水深度处理系统结垢严重的原因。
2现场调查及垢样分析
2.1BAF内陶粒
利用现有条件对陶粒表面垢样的化学成分进行了初步分析,具体做法是将表面结垢的陶粒置于浓盐酸中,出现两个明显的现象:(1)产生大量的气泡;(2)陶粒表面的污垢迅速消失,最终完全溶解且溶液无混浊现象。由此可初步推断,表面污垢是碳酸盐类物质。经过EDX元素分析可知,结垢前陶粒的主要元素是O、Si、Al,这与黏土陶粒的元素组成一致;结垢后陶粒表面的主要元素是O、Ca、C,则可推断出垢样的主要成分是CaCO3,这与之前所做猜测一致,另一方面也说明BAF内陶粒结垢较为严重。陶粒结垢会导致原本内部为多孔结构的陶粒比表面积大为降低,对生物膜的附着力降低,陶粒挂膜不充分将导致曝气生物滤池处理效率降低。因此需要有针对性地进行预处理和除垢。
2.2微滤进口
对微滤进水处取得的垢样进行了电镜和EDX元素分析。结果表明,垢样的主要成分以碳酸钙垢为主,占垢样整体成分的90%以上。微滤膜结垢会导致处理量下降,能耗增加,清洗周期缩短等严重后果,需要有针对性地进行预处理和除垢。
2.3反渗透系统
在用碱液对反渗透系统进行清洗的过程中,洗液变浑浊,证明了反渗透膜已被有机物或微生物污染。取保安过滤器处的垢样进行分析,发现该垢样中CaO占29.18%,MgO占3.76%,P2O5占0.017%,550℃的灼烧减量占44.06%,950℃的灼烧减量占24.24%,酸不溶物占0.66%。对该垢样的化学成分分析结果表明,该垢样主要以CaCO3、MgCO3及有机污染物为主,占到整体质量的98%以上,因此碳酸盐垢同样是反渗透部分的关键污染物。结垢的出现会造成反渗透装置盐去除率和产水量大幅下降,并且严重影响反渗透膜的使用寿命,因此必须对反渗透装置采取有针对性的阻垢措施。
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