膜生物反應器處理后的化纖污水回用循環水水質穩定技術的研究及應用

王金華,李本高,傅曉萍,任士杰

(1.中國石化石油化工科學研究院,北京100083;2.中國石化洛陽分公司)

1 前 言

當今世界水資源匱乏和水污染環境問題日趨嚴峻,已成為經濟增長的嚴重制約因素。將達標的外排污水資源化是解決企業水資源不足和污水外排污染環境問題的最佳方案[1]。經污水處理車間處理后的外排污水水質雖然達到了排放標準,但與新鮮水相比,水中有機物種類及其濃度都大幅度增加,微生物的大量繁殖滋生生物黏泥,使水質惡化;水中促進腐蝕的離子種類多而且濃度明顯增加,使外排污水的腐蝕性明顯增強。如果回用將影響生產裝置的正常運行。因此,開發污水回用循環水水質穩定技術具有重要的意義[2]。

膜生物反應器(以下簡稱MBR)水處理技術與傳統的生化處理技術相比,具有污染物去除效率高、出水懸浮物含量低、占地面積小和易于實現一體化自動控制等優點,因而受到人們的關注[3]。目前國內多家石化企業采用MBR技術處理工業廢水,如中國石油化工股份有限公司(中國石化)某化纖企業投運處理能力為250 m3／h的MBR裝置,出水水質較好,接近回用循環水標準。但這種水質仍然大大劣于新水,存在腐蝕性較強、微生物易繁殖等突出問題。針對以上問題,本課題開發了污水回用循環水水質穩定技術,以實現污水的回用。

2 MBR技術處理后污水水質

中國石化某化纖企業的污水回用系統采用“均質+生化+MBR”的工藝流程處理污水,處理后污水水質數據及污水回用循環水水質指標見表1。從表1可以看出,經MBR工藝處理后污水水質的甲基橙堿度和CODCr超出回用指標,其主要污染物CODCr、氨氮、總磷質量濃度分別為 69,0.3,0.4 mg／L,易于微生物繁殖 ;電導率為 1 942 μS／cm,含鹽較高;鈣離子質量濃度(以CaCO3計)和甲基橙堿度分別為 55 mg／L和 809.2 mg／L,屬低鈣硬度、超高堿度水質,結垢性很強;氯離子和硫酸根離子質量濃度分別為61.2 mg／L、73.0 mg／L,腐蝕性較強。

表1 MBR處理后污水水質及污水回用循環水水質指標

3 污水回用循環水水質穩定技術開發

3.1 微生物控制

針對回用污水的特性,開發了三種殺菌劑RP-78,RP-78(Z),RP-79。三種殺菌劑對不同細菌作用1 h的殺菌效果見表2。從表2可以看出,RP-78,RP-78(Z),RP-79三種殺菌劑均具有良好的廣譜殺菌效果,對異養菌和真菌殺菌率大于99.9%,對鐵細菌殺菌率大于98%,對硫酸鹽還原菌殺菌率大于50%。將 RP-78和RP-78(Z)同時使用時,對硫酸鹽還原菌的殺菌效果更好。以氧化性殺菌劑RP-79作日常微生物控制劑,配合投加RP-78進行殺菌和黏泥剝離,在一般情況下可以將循環水系統的微生物控制在105個／mL以下。當微生物出現失控現象,同時投加RP-78和RP-78(Z),能控制不正常情況下微生物的繁殖。

表2 殺菌劑的殺菌效果

3.2 腐蝕和結垢控制

補充水采用50%回用污水與50%新水的混合水,經過大量旋轉掛片試驗,從幾十種配方中篩選出一種,進一步優化得到污水回用循環水復合緩蝕阻垢劑,命名為RP-12(LY),并對其性能進行評定。

3.2.1 緩蝕效果 復合緩蝕阻垢劑 RP-12(LY)的質量濃度對緩蝕效果的影響見表3。從表3可以看出:隨著RP-12(LY)質量濃度的增加,碳鋼的腐蝕速率降低;RP-12(LY)質量濃度不小于 90 mg／L時,具有較好的緩蝕效果,腐蝕速率小于0.020 mm／a。

表3 不同質量濃度復合緩蝕阻垢劑RP-12(LY)的緩蝕效果

3.2.2 阻垢效果 復合緩蝕阻垢劑RP-12(LY)的阻碳酸鈣垢、穩定磷和穩定鋅的效果見表4。從表4可以看出:在RP-12(LY)質量濃度為80～110 mg／L、試驗水的甲基橙堿度為 400 mg／L、鈣離子質量濃度(以CaCO3計)為630 mg／L的條件下,阻碳酸鈣垢率和穩定磷率達到100%,穩定鋅率大于65%;隨著RP-12(LY)質量濃度升高,RP-12(LY)的穩定鋅率略有降低。說明復合阻垢緩蝕劑RP-12(LY)的阻碳酸鈣垢、穩定磷和穩定鋅的效果良好。

表4 RP-12(LY)的阻碳酸鈣垢、穩定鋅和穩定磷的效果

3.2.3 動態模擬試驗 以混合水作為動態模擬試驗補充水,試管不進行預膜處理,連續運行15天。動態模擬試驗條件及試驗結果見表5和表6。從表5和表6可以看出,在p H 值為7.5～9.0、濃縮倍數為3.5～4.5、復合緩蝕阻垢劑RP-12(LY)質量濃度為90～110 mg／L的條件下,試管的腐蝕速率和黏附速率分別為0.032 4～0.035 2 mm／a和23.16～ 52.20 mg／(cm2·a),說明復合緩蝕阻垢劑的處理效果良好。

表5 動態模擬試驗控制條件

表6 動態模擬試驗結果

3.3 工業應用

MBR處理后的化纖污水回用循環水水質穩定技術在中國石化某化纖裝置循環水系統進行工業應用,該循環水系統為長短絲、對苯二甲酸等裝置提供循環冷卻水,運行參數見表7。

表7 循環水系統運行參數

MBR處理后污水與工業新水的混合水作為循環水系統補充水,連續投加復合緩蝕阻垢劑RP-12(LY),控制循環水系統的腐蝕和結垢;連續投加氧化性殺菌劑控制微生物的生長和繁殖,循環水控制指標見表8。

2007—2008年循環水系統監測結果見表9。從表9可以看出,2007年9月監測試管黏附速率為263.76 mg／(cm2·a),2008年8月監測試管腐蝕速率為0.079 mm／a,均超標;工業應用期間監測試管的平均腐蝕速率為0.042 mm／a,平均黏附速率為133.20 mg／(cm2·a),滿足中國石化工業新水作為循環水補充水腐蝕速率小于0.075 mm／a、黏附速率小于180 mg／(cm2·a)的考核要求,水處理效果優良。

表8 循環水控制指標

表9 現場監測結果

4 效益分析

2007—2008年回用污水總量為483.2 kt,減少污水外排483.2 kt,節約新水483.2 kt;減少COD外排28.65 t(化纖回用水平均COD質量濃度為 59.3 mg／L)。

該企業的新水價為2.04元／t(不含增值稅,包括污水處理費0.5元／t),扣除外排污水適度處理增加的運行費0.5元／t,污水回用期間水處理藥劑費用與循環水系統使用新鮮水藥劑費用相當,共節約費用74.41萬元;更換循環水處理配方以來,化纖循環水平均濃縮倍數為3.837,配方改進前,化纖循環水平均濃縮倍數為3.743,根據計算可節約新鮮水 5 t／h,兩年共節約新鮮水87.6 kt,節省費用17.87萬元。因此,2007—2008年該項目工業應用過程中創直接經濟效益92.28萬元。

5 結 論

(1)針對化纖污水特性及現場工況條件研制的污水回用循環水緩蝕阻垢劑復合配方RP-12(LY)效果優異,不進行預膜處理碳鋼試管腐蝕速率為0.032 4～0.035 2 mm／a,黏附速率為 23.16～52.20 mg／(cm2·a)。

(2)MBR處理后的化纖污水回用循環水水質穩定技術現場應用效果良好。大型化纖裝置循環水系統工業應用運行2年,現場監測試管平均腐蝕速率為0.042 mm／a,平均黏附速率為 133.20 mg／(cm2·a),優于中國石化考核指標,滿足生產裝置長周期運行對水處理的要求。

(3)2007—2008年共回用化纖污水483.2 kt,減少污水外排483.2 kt,節約新水483.2 kt,并減少COD外排28.65 t,創造直接經濟效益92.28萬元。

[1] 張繼剛.煉油污水的回用技術[J].當代化工,2005,34(4):266-269

[2] 李本高.工業水處理技術:第10冊[M].北京:中國石化出版社,2006:6-7

[3] 楊輝.MBR處理工藝及其在中水回用中的實踐[J].山西建筑,2010,36(20):176-177