1 前言
我国水资源短缺和水污染形势十分严峻，是世界13个贫水国之一，人均占有水量仅为世界人均水平的四分之一，居世界149个国家的第110位，属于水资源短缺的国家。
石化企业是一个用水大户，近年来，随着水资源日益匮乏，水源的供给已经成为限制企业扩产、增产的制约因素。一方面水资源严重短缺，另一方面而工业用水浪费问题严重、耗水量大，目前我国每加工一吨原油的取水量与发达国家相比还有相当的差距（加工吨油的水消耗量是国外的近5倍）。
为了缓解水资源短缺，各石化企业作了两方面的工作，一是节约用水，特别是提高工业用水的利用率；二是寻找新的可利用非传统水资源（工业污水、生活污水、海水等），最为可行的途径是实现污水回用。
使用非传统水资源面临的问题是水源水质恶化、污染物更加复杂，常规的水处理工艺（包括生化处理、混凝、澄清、气浮、活性炭吸附等）不能高效地去除这些污染物，只能实现污水的简单回用，如冲厕、绿化等，不能实现真正意义的回用，如代替自来水、锅炉用水、工业工艺用水等。作的最好的也只是回用于循环水补水。膜法水处理技术的应用可使大部分的工业污水得到回用。膜分离技术是近几年来发展迅速的一种高新技术，具有分离效果好、占地小、操作简单、安全环保优点。
本文主要阐述炼油厂利用其污水厂处理后的外排污水做为原水，经合理的深度处理后，达到一定的水质标准，回用至炼油厂锅炉补给水系统。特别是在石化工业污水回用的膜深度处理技术方面，燕山石化公司与浙江欧美环境工程有限公司合作做了大量的试验工作，在此基础上建成了燕山石化炼油厂410 m3/h的 “超滤+反渗透”膜法回用污水除盐装置，将污水经除盐后回用于锅炉补给水，实现了真正意义的污水回用。
2 “全膜法”水处理工艺
全膜法(Integrated Membrane Technology, IMT)水处理工艺，是浙江欧美环境工程有限公司基于多年的工程实践经验，围绕先进的膜科技而提出的全新的水处理工艺设计理念。它将不同的膜工艺有机地组合在一起，以经过生化、过滤等常规处理后达标排放的市政污水、工业废水为进水，采用“超滤→反渗透→EDI”的组合工艺，达到高效去除污染物以及深度脱盐的目的，满足各种用途的水质要求。
超滤是专为中水回用、污水/废水处理、反渗透预处理设计的膜分离产品。它采用亲水性PVDF材质，抗氧化、耐酸碱，具备优良的抗污染性能以及大通量的保证，适应最复杂的水质，已经达到国际先进水平，在国内外废水回用领域已获得了广泛的应用。
反渗透作为脱盐系统的核心，已广泛应用于各种废水回收利用。采用反渗透脱盐较经济，原水含盐量越高，反渗透经济性越明显，尤其是当含盐量超过300mg/L，反渗透脱盐比离子交换更经济实用。
EDI系电渗析技术(ED)和离子交换技术(DI)有机结合，它既克服了电渗析不能深度脱盐的缺点，又弥补了离子交换不能连续工作、需消耗酸碱再生的不足，把离子交换、离子迁移、树脂再生融为一起，达到连续除盐的目的，而且运行维护简便，没有酸碱排放污染。螺旋卷式结构电除盐器(EDI)，具有独特的可拆卸式结构，更宽的进水指标，独特的同心圆电极结构以及独特的整体密封结构等技术特点和优势，其技术含量领先国内同行的水平，达到国际先进水平，填补了国内空白，打破了国外公司筑起的技术保护屏障，拥有完全自主知识产权，已获得中美多项专利。
“全膜法”工艺中，超滤预处理可以截留原水中的各种悬浮物、胶体以及有机污染物，同时实现保护下游反渗透膜、延长反渗透膜寿命的作用；反渗透处理可进一步去除98%的无机离子、硅、有机物；而EDI则可去除剩余离子、硅等。
全膜法(IMT)水处理技术作为一种先进的膜法水处理工艺，现已成功应用于石化、电力、石油、冶金、制药以及市政等多个领域，能够将海水、苦咸水、市政及工业废水等处理成符合各种要求的工业用水或者生活用水，产水水质达到电子超纯水、锅炉补给水以及各种工艺用水、回用水的要求。IMT系统不仅使得废水资源得到回用，而且该系统完全以物理分离的方式实现水的净化，无需大量使用酸碱等化学药剂，是工业纯水制备的清洁生产工艺。
3 污水回用处理工艺流程
工艺流程如下图所示，设计反渗透产水规模410m3/h，超滤产水规模560m3/h。
从西区输来的回用污水进入300m3原水罐，再经过原水提升泵进入超滤装置，去除水中的细菌残体、胶体微粒、大分子的有机物等，超滤出水水质达到反渗透装置的进水条件；超滤出水投加还原剂和阻垢剂经高压泵加压进入反渗透装置，反渗透装置主要去除水中溶解盐类、SiO2胶体等，反渗透产水再入原有离子交换系统进一步除盐后用于锅炉补给水。
4 原水水质
原水是燕化西区输送过来的回用污水，其水质如下表所示。
序号
项目
单位
数值
1
pH
6.5-8.5
2
可溶性固体
mg/L
1083
3
悬浮性固体
mg/L
6.7
4
COD
mg/L
34
5
总硬度
mg/L
385
6
总碱度
mg/L
68.5
7
钙离子
mg/L
270
8
氯离子
mg/L
201
9
钾离子
mg/L
4.3
10
氨氮
mg/L
1
11
电导率
μs/cm
1710
5 主要设备的设计参数
4.1 超滤装置
系统设计超滤装置10套，设计处理量560m3/h，产水SDI≤3.0，产水浊度≤0.2，自用水率≤5%。
系统采用全自动控制，10套超滤装置可同时运行，也可单独运行，根据用水量要求灵活投运。
在该项目中采用了亲水性好、寿命长、过滤精度高的OMEXELLTMSFP超滤作为反渗透的前处理，高效地去除了悬浮物、胶体等，保证了反渗透的可靠运行。
OMEXELLTMSFP系列超滤膜，采用聚偏氟乙烯（PVDF）材料，系双皮层中空纤维结构，可长期耐受高浓度的氧化剂，充分抑制微生物繁殖。采用不易堵塞的外压式结构，具有更高的截污量，更大的过滤面积，使清洗更简便、彻底。采用全流过滤方式，自用水量小。
4.2 反渗装置
系统设计反渗透装置4套，设计产水量410m3/h，每套产水103m3/h脱盐率≥98%，回收率≥75%。
反渗透采用DOW的BW30-365FR抗污染膜，一级二段排列，抗污染反渗透膜且具有亲水性，对有机物的吸附性小，膜元件和系统运行寿命长，可延长膜的清洗周期，降低清洗费用。
4.3 工艺辅助系统
（1）氧化剂加药装置，用于向超滤进水和反洗水中投加氧化剂，防止细菌等微生物在超滤膜繁殖并去除部分有机物。
（2）还原剂装置，用于向反渗透进水投加还原剂，还原水中的氧化性物质，保护反渗透膜。
（3）阻垢剂加药装置，用于向反渗透进水中投加阻垢剂，以防止膜元件结垢。
6 运行情况
该项目于2004年11月初通过燕山石化公司验收并投入连续的工业应用，装置运行稳定，各项性能指标达到合同要求：
（1）超滤装置
产水SDI＜2.5
产水浊度＜0.2NTU
回收率≥95%
（2）反渗透装置
每套产水量103m3/h
回收率≥75%
脱盐率＞98%
产水CODMn＜1mg/L
（3）系统产水水质表
序号
项目
单位
数值
1
pH
6.5
2
悬浮性固体
mg/L
0
3
CODMn
mg/L
＜1.0
4
总硬度
mg/L
＜5
5
总碱度
mg/L
＜2
6
钙离子
mg/L
＜5.4
7
氯离子
mg/L
＜4
8
钾离子
mg/L
＜0.01
9
氨氮
mg/L
0
10
电导率
μs/cm
＜15
7 技术经济分析
采用膜法水处理技术，对回用污水进行除盐后用于锅炉补给水，代替了原来一直使用的新鲜水（地表水），新鲜水取用比原来减少500m3/h（ 4000000m3/年）， 外排污水量减少400m3/h（ 3200000m3/年）。
采用膜法水技术加上原有离子交换系统对回用污水进行除盐用于锅炉补给水与原离子交换系统采用新鲜水（地表水）除盐用于锅炉补给水的吨水运行费用比较如下表：
项目
价格
吨除盐水消耗
吨除盐水费用(元)
新鲜水除盐水系统
回用污水除盐系统
新鲜水除盐水系统
回用污水除盐系统
电
0.52元/kW.h
0.76kW.h
1.13kW.h
0.4
0.79
酸
1610元/吨
0.617kg
0.002kg
0.99
0.01
碱
1600元/吨
0.355kg
0.001kg
0.57
0.01
蒸汽
120元/吨
0.009吨
0
1.08
0
新鲜水
3.8元/吨
1.05吨
0
4.0
0
回用污水
2.0元/吨
0
1.4吨
0
2.8
膜更换
0.64
化学药剂
0.28
液氨
0.02
合计
7.04
4.55
从上表可以看出，膜法回用污水除盐装置建成后，污水代替了新鲜水，每吨除盐水的运行成本降低了2.49元，除盐水量按400t/h，年运行时间按8000h计算，则除盐水系统每年可节约运行700多万元。
8 膜法水处理技术在污水回用领域的应用前景
膜技术是一门崭新的跨学科实用化技术。半个世纪以来，膜技术已成功地在海水、苦咸水淡化，纯水、超纯水制备以及工业废水处理等方面得到规模化应用。此外，它在食品加工、医药制造以及化学工业的许多方面都有极佳表现，被公认为是21世纪最有前途的高新技术之一。
水质是决定水的用途的关键因素，单一的物化或生化处理很难达到各种不同用途的回用要求。采用膜法水处理技术与其它技术的嫁接，可以实现市政污水和工业废水的综合利用。而它们的组合工艺是使污水得到回用的一个重要途径，它确保了污水回用处理工艺的广泛适应性和低成本的运行和维护。膜法水处理工艺因产水水质好，效率高，占地少等优点，必将在污水回用处理领域得到广泛应用。
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