一、引言
某煤化工項目是以煤為原料生產(chǎn)甲醇180萬t/a，采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SHMTO技術(shù)將甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴并進一步生產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯等最終產(chǎn)品的大型一體化煤制烯烴項目。項目包括：煤氣化、凈化(含變換及酸性氣脫除)、硫回收、甲醇合成、甲醇制烯烴及烯烴分離、C4烯烴轉(zhuǎn)化、低密度聚乙烯、聚丙烯等8套工藝生產(chǎn)裝置和3套空分裝置，以及配套的自備電站(含化水站)、凈水場、循環(huán)水場、污水處理場、罐區(qū)等公用工程、輔助設(shè)施及廠外工程等。本項目地處新疆，面臨水資源緊張和缺乏納污水體、排污受限的問題，因此，項目實施了廢水“零”排放方案，以破解當?shù)厮Y源和水環(huán)境承載力對企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的矛盾問題。本項目產(chǎn)生的廢水成分復雜、污染物種類多、濃度高，廢水處理充分貫徹清污分流、污污分治、一水多用、節(jié)約用水的原則，對不同水質(zhì)的廢水分別進行處理，最大限度地提高水的重復利用率及廢水資源化率[1]。根據(jù)來水水質(zhì)的不同，本項目污水處理場優(yōu)化集成了各種不同的組合工藝，主要包括：污水生化處理裝置、膜濃縮裝置以及濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶裝置等，其中膜濃縮裝置設(shè)置了超濾單元，進一步去除污水中的懸浮物等雜質(zhì)，確保反滲透高效運行。超濾系統(tǒng)自2016年1月份運行，當時選擇的是濕法膜，通過近3年的使用，超濾膜逐步出現(xiàn)了膜絲斷裂等問題，產(chǎn)水水質(zhì)進一步下降，為保證膜系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，該項目更換了新型國產(chǎn)超濾膜。本文詳細介紹新型超濾的技術(shù)特點和技術(shù)優(yōu)勢，并對膜系統(tǒng)采用該技術(shù)的運行情況進行闡述說明。
二、超濾技術(shù)
超濾的主要作用是截留微小顆粒，降低懸浮物和濁度，去除部分有機污染物和細菌等，達到改善和穩(wěn)定水質(zhì)的目的。超濾其分離機理是：膜表面孔徑機械篩分作用、膜孔阻滯作用和膜表面及膜孔對雜質(zhì)的吸附作用，這些都是傳統(tǒng)的過濾無法實現(xiàn)的。
超濾膜的膜絲材質(zhì)為PVDF。聚偏氟乙烯(PVDF)是一種熱塑性、半結(jié)晶性的高分子聚合物，由于其具有良好的機械性能(柔韌性和耐磨損性)、化學穩(wěn)定性能(耐氧化劑、酸、堿、鹵代溶劑等)及耐老化性能，而且其可以采用和非結(jié)晶性高分子聚合物(PS、PES等)相同的工藝制備，近年來成為了外壓超濾膜制備的首選材質(zhì)。但是，用PVDF材質(zhì)制備的產(chǎn)品性能是否能夠保持這種高分子聚合物的特性，這與其制備工藝密切相關(guān)。當前PVDF超濾膜主要由2種工藝制備，非溶劑致相分離(NIPS)和熱致相分離(TIPS)法，這兩種方法制備的超濾膜產(chǎn)品性能各有特點，可以適用于不同的要求和用途。
2.1新型國產(chǎn)超濾膜的技術(shù)特點與技術(shù)優(yōu)勢
熱致相分離制膜工藝(簡稱熱法制膜工藝，TIPS)是近年來才發(fā)展成熟的一種制備聚合物微孔膜的重要方法，其研究始于20世紀70年代，其最早用于結(jié)晶性高分子聚合物的多孔膜制備。TIPS法制備超濾膜的最大優(yōu)勢在于其膜絲強度增加，是普通NIPS法的4~6倍，解決了中空纖維超濾膜應用中的根本問題——膜絲破損，此外，TIPS法制備的PVDF超濾膜最大程度的保持了這種高分子聚合物的耐化學特性，耐受氧化劑和酸堿的性能優(yōu)良。但是，由于TIPS法制備過程要求在聚合物熔點100℃以上(接近250℃)進行鑄膜液均相混合，其對制膜設(shè)備和環(huán)境的要求極為苛刻，制膜工藝較為復雜，需要較高的技術(shù)和裝備水平，并且需要較多的成本投入。
TIPS法制備的膜絲優(yōu)勢如下：
①膜絲斷面為海綿體結(jié)構(gòu)，膜絲強度高，拉斷強度可以達到≥8N(牛頓)，是普通NIPS制備膜絲的4～6倍。
②膜絲為均質(zhì)非對稱膜，可以高強度反洗、不脫皮、耐污染性好。
?、圻^濾孔徑為0.1μm，外表面開孔濾高，立體式過濾，截污效果好，純水通量更高，減少使用能耗。
④TIPS法制備膜絲耐化學性能顯著，可在pH值1～13和氯洗濃度5000ppm的極端條件下進行清洗。
三、裝置設(shè)計基礎(chǔ)
含鹽廢水膜處理裝置超濾系統(tǒng)進水設(shè)計水量為1800m3/h，允許有50%～120%的操作彈性。含鹽廢水膜處理裝置處理污水生化單元產(chǎn)水、循環(huán)水場及化學水站排水。采用工藝：石灰/純堿軟化+過濾+超濾+反滲透。石灰/純堿軟化采用高密池技術(shù)，沉淀效果好，能夠有效去除水中硬度、懸浮物，保證出水水質(zhì);超濾在形式上選擇抗污堵能力更強的外壓式PVDF超濾膜;反滲透選擇進口產(chǎn)品，耐沖擊性強，從而保證了系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性。RO裝置的設(shè)計回收率為75%，設(shè)計脫鹽率在97%以上。
含鹽污水經(jīng)過預處理后進超濾的進水水質(zhì)見表2(實際運行工況)。
四、裝置的工藝設(shè)計
4.1處理工藝流程
處理工藝如圖1所示，主要包含化學軟化澄清、濾池過濾、超濾/反滲透系統(tǒng)等。
4.2超濾膜技術(shù)參數(shù)
膜形式：外壓式中空纖維
單支膜面積：≥77m2
材質(zhì)：PVDF(聚偏氟乙烯)
膜絲拉伸斷裂強力：≥8N
殼體材質(zhì)：UPVC(聚氯乙烯)
過濾方式：全流(或錯流)過濾
膜通量(按設(shè)計進水計算)：≤55L/m2•h(25℃)
膜凈通量(按設(shè)計產(chǎn)水計算)：≤50L/m2`.•h(25℃)
pH值范圍(連續(xù)運行)：2～12
pH值范圍(化學清洗)：1～13
膜孔徑：0.1μm
溫度：5～40℃
最大進水壓力(40℃時)：3.0bar
最大運行跨膜壓差：2.1bar
最大運行氣洗流量：12Nm3/h
最大反洗壓力：2.5bar
最大氣洗壓力：2.5bar
NaClO耐受濃度：≥5000mg/L
懸浮固體耐受濃度：≥100mg/L
最大進水濁度：300NTU
產(chǎn)水濁度：≤0.2NTU
出水SDI：≤3
系統(tǒng)回收率：≥90%
年操作時間：≥8400h
3年內(nèi)斷絲率<0.3%
膜元件的使用壽命及使用性能保證：保證值≥3a。
五、裝置實際運行情況
5.1各主要工藝單元實際處理效果
2019年上半年，污水場對超濾膜進行了更換，更換后一次性通過72h性能考核。經(jīng)過1年的運行，國產(chǎn)超濾膜各項性能指標均滿足要求，并且在系統(tǒng)壓差、產(chǎn)水濁度、產(chǎn)水SDI、運行通量等指標上明顯優(yōu)于考核指標，在性能上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性，具體見表3、表4數(shù)據(jù)
此外，更換新膜后，后端保安過濾命延長1倍(超濾更換前濾芯平均更超濾更換后濾芯平均更換周期為400證明了新型國產(chǎn)熱法超濾膜的截污效的運行，超濾膜的化學清洗pH值范圍更大，對超濾膜進行拆檢，未發(fā)現(xiàn)有斷該超濾膜良好的性能。
該超濾膜國產(chǎn)化后，有效降低了濾膜價格是進口品牌的60%左右)，本化節(jié)省采購費用保守核算為400萬以后各項指標優(yōu)于之前產(chǎn)品，減少保安過頻次，間接效益也很明顯。
六、結(jié)束語
(1)新型國產(chǎn)熱法超濾膜的諸多優(yōu)勢在本項目上得到了驗證，同時在投資、運行管理、性價比等方面也表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。
(2)新型國產(chǎn)熱法超濾膜已經(jīng)在諸多煤化、石油化工等行業(yè)成功應用，有越來越多成功的案例。該項新技術(shù)的應用，具有可觀的經(jīng)濟效益、社會效益。（ >
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