廢水深度處理與回用是解決我國(guó)水資源短缺的一種有效方法，尤其針對(duì)用水量較大的石化企業(yè)，反滲透(RO)技術(shù)產(chǎn)水水質(zhì)高和運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)已成為廢水回用的主流技術(shù)。但是RO必然會(huì)產(chǎn)生濃水，其污染物濃度是進(jìn)水的幾倍，其中含有大量鹽分和難降解有機(jī)物，已成為RO技術(shù)發(fā)展所面臨的瓶頸和難題。RO濃水的排放造成了水資源的極大浪費(fèi)，因此RO濃水的回收利用具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可以代替原水用于其他生產(chǎn)系統(tǒng)，不僅提高廢水重復(fù)利用率，還起到了節(jié)約水資源和環(huán)境保護(hù)的目的。
本研究針對(duì)山東某石化廠經(jīng)過(guò)生化處理后的污水，該污水已經(jīng)過(guò)了深度處理，其流程為雙介質(zhì)過(guò)濾器+超濾+一級(jí)RO，濃水再利用臭氧高級(jí)氧化+RO工藝進(jìn)行處理，處理后的產(chǎn)水回用至超濾產(chǎn)水箱，達(dá)到循環(huán)、節(jié)約用水的目的。連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，考察處理效果，并分析了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行成本。
1、濃水處理工藝的可行性
1.1 RO濃水水質(zhì)
山東省某石化廠生化出水深度處理工藝為生化出水→雙介質(zhì)過(guò)濾器→UF→一級(jí)RO。該公司一級(jí)RO濃水水質(zhì)：pH為8.30，堿度為11.05mmol/L，總硬度為325mg/L，濁度為1.6NTU，氯離子為1300mg/L，電導(dǎo)率為5660μS/cm，COD為86mg/L。該RO濃水具有電導(dǎo)率高、COD高的特點(diǎn)，濃水再利用需要進(jìn)行脫鹽處理，現(xiàn)階段脫鹽主流工藝為RO工藝，但濃水的COD較高，若直接利用RO處理必然會(huì)使RO膜迅速污堵，難以連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，臭氧氧化可以將難降解的大分子污染物進(jìn)行開環(huán)斷鏈，而且臭氧還能直接將一些有機(jī)物氧化為H2O與CO2，從而起到降解有機(jī)物的作用，將濃水COD降低，使RO系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，保證臭氧+RO處理濃水工藝順利進(jìn)行。
2、處理工藝
2.1 工藝流程
原水為山東某石化廠RO濃水，處理規(guī)模為75m3/h，工藝流程見圖1。
由表1可知，現(xiàn)有RO濃水經(jīng)過(guò)臭氧氧化后，再經(jīng)過(guò)濃水RO處理，其產(chǎn)水匯入現(xiàn)有RO產(chǎn)水箱，再經(jīng)過(guò)現(xiàn)有RO處理后進(jìn)行回用，RO濃水進(jìn)行回收，達(dá)到水資源循環(huán)利用、節(jié)水的目的。2.2臭氧氧化臭氧氧化單元使用青島國(guó)林臭氧設(shè)備，功率為8~10kW·h/kg，臭氧產(chǎn)量為15kg/h(質(zhì)量濃度≥100mg/L)，臭氧系統(tǒng)的投加控制根據(jù)接觸池水流量和預(yù)先設(shè)定的臭氧投加率自動(dòng)調(diào)節(jié)臭氧投加量，調(diào)節(jié)范圍在10%～100%。臭氧接觸池的接觸時(shí)間控制為180min，保證臭氧與污水的充分接觸。系統(tǒng)采用微孔曝氣盤投加臭氧，曝氣盤安裝在接觸池池底但高于導(dǎo)流墻的最低位置以避免氣泡被引流到反應(yīng)池中，在接觸室中，被處理水由上向下流，而臭氧氣體則由下向上反向流以達(dá)到最好的接觸效果。反應(yīng)后的臭氧尾氣通過(guò)加熱破壞。臭氧氧化后出水COD<50mg/L。
2.3 濃水反滲透裝置
設(shè)置1套處理水量為75m3/h的RO膜，由于進(jìn)水COD高，選用陶氏品牌的寬流道抗污染反滲透膜，設(shè)計(jì)回收率為50%，膜平均通量≤11.5L/(m2·h)。每套反滲透配置90根膜組件，放置在15根6芯壓力容器內(nèi)，按一級(jí)一段并聯(lián)排列。高壓泵前設(shè)置5μm保安過(guò)濾器，在進(jìn)水中添加強(qiáng)化阻垢劑(投加量為5mg/L)、非氧化殺菌劑、鹽酸(pH調(diào)節(jié)為6.5~6.8)、還原劑(NaHSO3，防止反滲透膜氧化)，分別抑制無(wú)機(jī)鹽結(jié)垢、微生物污染、中和濃水中堿度、中和臭氧緩沖池中未完全釋放的臭氧，進(jìn)一步抑制結(jié)垢傾向，保護(hù)反滲透膜。
3、處理效果
3.1 各單元的處理效果
濃水經(jīng)過(guò)臭氧氧化+RO處理后，水質(zhì)情況見表1。
由表1可知，臭氧氧化對(duì)有機(jī)物去除效果明顯，COD去除率為53.5%，RO產(chǎn)水對(duì)離子去除效果和有機(jī)物去除效果均極為顯著，電導(dǎo)率去除率為96.2%、硬度去除率為93.5%、氯離子去除率為86.3%、COD去除率為98.0%、氨氮和濁度基本完全去除，RO產(chǎn)水指標(biāo)完全滿足RO進(jìn)水要求。
3.2 有機(jī)物的去除效果
系統(tǒng)主要通過(guò)臭氧氧化和RO系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)物的去除，由于濃水水質(zhì)較為復(fù)雜，定量定性分析較為困難，為了考察系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除效果，將濃水、臭氧氧化產(chǎn)水、濃水RO產(chǎn)水進(jìn)行了GC-MS色譜分析，結(jié)果見圖2。
由圖2可知，濃水色譜圖峰面積大、單峰峰值高，表明有機(jī)物含量高，臭氧處理后，COD從86mg/L降到40mg/L，色譜圖峰面積降低，峰值減弱，因?yàn)槌粞跹趸饔?，可以將有機(jī)物斷鏈，故臭氧處理后濃水的色譜圖中夾雜一些雜峰，而RO出水COD為0.8mg/L，其色譜圖與背景離子流色譜圖無(wú)明顯差異，表明RO產(chǎn)水中有機(jī)物含量很低，可見RO膜對(duì)COD具有很好的截留效果。
3.3 運(yùn)行穩(wěn)定性分析
3.3.1 RO穩(wěn)定性分析
RO進(jìn)水壓力和濃水壓力見圖3。
由圖3可知，RO系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，為了維持一定的產(chǎn)水量，RO進(jìn)水壓力和濃水壓力都有所增長(zhǎng)，進(jìn)水壓力從1.05MPa上升到1.25MPa，濃水壓力從0.96MPa上升到1.14MPa。但進(jìn)水壓力和濃水壓力的壓差基本穩(wěn)定在0.1MPa左右，說(shuō)明未出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，造成壓力上升的原因可能是因?yàn)樗杏袡C(jī)物含量稍高造成的，但尚在允許范圍內(nèi)，不影響設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)水壓力持續(xù)上升至1.5MPa后，考慮化學(xué)清洗，以恢復(fù)膜通量。
3.3.2 經(jīng)濟(jì)性分析
該工程處理濃水量為75m3/h，臭氧發(fā)生器功率為150kW，RO系統(tǒng)所用水泵功率為105kW，故電耗為255kW·h，保安過(guò)濾器用大通量濾芯按0.5a使用壽命計(jì)算，則1a使用6只，RO膜元件按5a使用壽命計(jì)算，折舊按5a計(jì)算。處理濃水的運(yùn)行成本見表2。
由表2可見，濃水處理成本約3.09元/t，其中電費(fèi)及膜更換費(fèi)用占比例較大，由此可見，保持良好、穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，降低膜的污染程度以及延長(zhǎng)膜的使用壽命可以進(jìn)一步降低成本。
4、結(jié)論
通過(guò)規(guī)模化連續(xù)運(yùn)行表明：針對(duì)石化廢水經(jīng)過(guò)一級(jí)RO處理后的濃水，利用臭氧+濃水RO處理工藝，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，濃水RO對(duì)離子去除效果和有機(jī)物去除效果均極為顯著，電導(dǎo)率去除率為96.2%、硬度去除率為93.5%、氯離子去除率為86.3%、COD去除率為98.0%、氨氮和濁度基本完全去除，反滲透產(chǎn)水注入現(xiàn)有處理工藝中的超濾產(chǎn)水箱，整套系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用為3.09元/t。達(dá)到了水資源循環(huán)利用的目的。( >
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