雙膜法煉油污水處理在長期運行中的問題與改進

張冰帆

(中國石油天然氣集團公司長慶石化分公司，陜西咸陽 712000)

目前我國工業(yè)污水深度處理的方法多種多樣，如膜分離法、高級氧化法、離子交換法等。中國石油天然氣集團公司長慶石化分公司(簡稱長慶石化)于2008年改造建設(shè)了我國第一套240 m3/h用于煉油污水處理的膜生物反應(yīng)器(MBR)裝置，采用美國GE公司的整體式膜箱技術(shù)，并配套建設(shè)了相應(yīng)的200 m3/h處理能力的反滲透(RO)裝置，采用美國陶氏化學(xué)的卷式膜元件技術(shù)，正式形成“雙膜法”深度處理煉油污水的工藝技術(shù)。因工廠擴能上游來水量增加，長慶石化于2010年對裝置進行擴建，擴建到360 m3/h的MBR裝置及300 m3/h的RO裝置一直運行至今。但膜箱和膜元件運行要求較高，上游來水變化較大，在長期運行中膜污堵逐漸加劇，使用壽命無法達到預(yù)期，導(dǎo)致膜處理效率下降，系統(tǒng)壓力升高至界限，需要多次清洗等問題。

針對上述問題進行了多種嘗試，如更換過濾器填料、改造加藥系統(tǒng)等多種方法，提高了設(shè)備運行時長，減少了清洗頻次。

1 雙膜法污水處理裝置概況

雙膜法污水處理裝置中的MBR系統(tǒng)由長慶石化1998年建成的A/O工藝中的O段改造而來。改造后，在A/O活性污泥池的后端，形成兩個MBR膜池，每個膜池中12個膜箱，單個膜池日常產(chǎn)水180 m3/h，最大產(chǎn)水量210 m3/h。產(chǎn)品水通過產(chǎn)水泵抽出并打入產(chǎn)品水池，再經(jīng)水泵打入300 m3/h處理量的RO系統(tǒng)。RO系統(tǒng)共分4組，每組均有100 m3/h的處理能力，目前并未達到最大處理能力。RO系統(tǒng)產(chǎn)生淡水和濃水，淡水進除鹽水罐回用至循環(huán)水場，濃水進入后續(xù)臭氧氧化裝置處理，達標后排放。

基本流程如圖1所示。

圖1 雙膜法污水處理裝置的基本流程

2 雙膜法污水處理裝置的運行和處理效果

2.1 處理效果

雙膜法污水處理裝置深度處理煉油污水，對節(jié)能減排起到很大作用。在裝置改造前，污水處理量約250 m3/h，建有一套生物活性炭過濾器的中水回用系統(tǒng)，設(shè)計處理量150 m3/h，污水回用率約60%，回用水的生物需氧量(COD)為60～90 mg/L，中水只能用于消防水補充、植物澆灌等用途，遠無法達到設(shè)計回用率。

裝置建設(shè)完成后，MBR系統(tǒng)的產(chǎn)水COD小于50 mg/L，濁度、懸浮物也明顯優(yōu)于中水系統(tǒng)，產(chǎn)水約360 m3/h，其中300 m3/h通過活性炭過濾器后進入RO系統(tǒng)，產(chǎn)生200 m3/h的淡水。RO系統(tǒng)長期運行后除鹽率大于95%，COD小于20 mg/L，能夠滿足長慶石化除鹽水站進水電導(dǎo)的需要，主要用于除鹽水站進水，節(jié)約自來水。另外約50 m3/h的MBR產(chǎn)水進入原中水系統(tǒng)，代替中水進行消防水補充、沖廁、堿渣裝置稀釋水等用途。受益于雙膜法，污水處理裝置可處理的水量大大增加，在新建裝置較多，原有儲罐、水池容量未擴大的情況下，處理能力已達390 m3/h，污水回用率可達80%，其中淡水的回用率65%，為減少公司水耗起到了顯著作用。

2.2 日常運行

雙膜法污水處理裝置長周期運行已近10年，前期運行效果較好，運行平穩(wěn)，主要是因為日常維護和清洗作業(yè)較為積極有效。其中，MBR系統(tǒng)的反洗和維護性清洗為自動狀態(tài)。MBR系統(tǒng)反洗為每15 min反洗30 s，對膜絲內(nèi)部進行清潔，并清除膜絲外部附著的污泥及其他污染物。維護性清洗每天下午2點進行(周一除外)，對單個膜池的膜箱進行藥劑浸泡和清洗，整個過程約40 min，保證膜絲的性能不受影響，進行正常產(chǎn)水。另外，MBR裝置還每半年或出現(xiàn)超壓、濁度升高等現(xiàn)象時需人工恢復(fù)性清洗，對膜絲進行長時間藥劑浸泡和清洗，直到產(chǎn)水壓力和濁度恢復(fù)正常。但隨著時間增長，膜箱開始需要進行恢復(fù)性清洗的時間間隔越來越短，跨膜壓差增長越來越快，導(dǎo)致2015年開始原來每年1次的恢復(fù)性清洗變成了3個月1次，除此之外，RO膜元件的污堵也越來越嚴重，單套RO因壓差的升高，進水量從90～100 m3/h變?yōu)?0～70 m3/h，嚴重影響了產(chǎn)水效率，形成了MBR跨膜壓差升高無法提高產(chǎn)水量以及RO膜元件堵塞情況嚴重兩大問題，且2016年達到頂峰。表1反映了2016年度進行的膜元件清洗和更換情況，表2反映了2016年度RO膜元件前置保安過濾器濾芯的更換次數(shù)?？梢钥闯?，更換非常頻繁，經(jīng)常需要停下RO裝置進行清洗和更換，嚴重影響了裝置的產(chǎn)水總量，導(dǎo)致2016年未能達到生產(chǎn)目標。

3 MBR和RO長周期運行出現(xiàn)問題的解決方法

面對MBR裝置跨膜壓差快速增大和RO裝置污堵嚴重兩大問題，經(jīng)過對雙膜法流程和原理分析，提出了幾種試驗性解決方法。

表1 2016年RO膜元件清洗與更換情況

表2 2016年RO裝置保安過濾器濾芯更換次數(shù)

3.1 加藥系統(tǒng)流程改造

由于RO裝置的來水源于MBR，為使RO裝置的殺菌劑、阻垢劑有更長的作用時間，藥劑充分起到阻止結(jié)垢和減少細菌滋生造成的膜污堵現(xiàn)象，技術(shù)人員重新設(shè)計殺菌劑和阻垢劑的加入點，在MBR出水后，RO活性炭過濾器之前的位置，增加RO殺菌劑和阻垢劑加入點，共進行2次加藥，顯著減少了膜元件污堵的程度，加藥系統(tǒng)流程示意見圖2。通過加藥系統(tǒng)的改進，膜元件的清洗頻次明顯降低，保安過濾器濾芯更換頻次也降低，設(shè)備運行周期變長，經(jīng)濟效益也有所提高。

圖2 加藥系統(tǒng)流程示意

3.2 加裝在線監(jiān)控

經(jīng)過長期觀察，發(fā)現(xiàn)MBR跨膜壓差的增長與進入生化系統(tǒng)的水質(zhì)好壞有直接關(guān)聯(lián)，如果來水水質(zhì)較差，則跨膜壓差升高較快，因此，對生化來水和MBR出水均進行了水質(zhì)在線監(jiān)控，監(jiān)控COD、氨氮和油含量3個指標，由于生化來水進入膜池還需一段時間，這段時間就成為預(yù)警時間，工作人員能夠及時通過加藥或關(guān)閉膜池進水的方法規(guī)避膜箱的膜絲被污染。

3.3 更換RO活性炭過濾器的填料成分

通過對活性炭過濾器進出口SDI的測定，研究發(fā)現(xiàn)RO活性炭過濾器的效率明顯下降，為了保護保安過濾器，提高活性炭過濾器的效率，長慶石化在2016年大檢修中將原本活性炭過濾器的普通活性炭填料，換成了高密度多孔瓷球的新填料。再次進行SDI的測定，活性炭過濾器的出水水質(zhì)有了很大提高。

4 結(jié)語

雙膜法污水處理在長慶石化節(jié)水環(huán)保工作中起著重要的作用，在經(jīng)過10年的長期運行后，原本的一些小問題隨著設(shè)備老化變成了大問題，技術(shù)人員通過試驗和改造，克服了MBR跨膜壓差快速升高和RO膜元件污堵嚴重等問題，2017年裝置運行較為平穩(wěn)，通過統(tǒng)計，2016年全年反滲透淡水產(chǎn)量為120萬噸，2017年全年產(chǎn)水量僅前10個月為105萬噸，全年預(yù)計可達到135萬噸，反滲透裝置平均回用率從66%提高至68%，MBR裝置因來水污染產(chǎn)生的跨膜壓差迅速升高問題明顯減少，MBR裝置平均運行率從71%提高至90.0%，顯示出試驗方法的良好效果，延長了設(shè)備壽命，提高了環(huán)保工作的效率。