膜分離:小技術(shù) 大市場
2012-02-02 點擊 0 作者: 來源:
  近幾十年來,膜分離技術(shù)在能源、電子、石油、化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、重工、輕工、食品、飲料行業(yè)和人民日常生活及環(huán)保等領(lǐng)域均獲得廣泛的應(yīng)用。社會的需求促使膜技術(shù)發(fā)展迅速,使膜技術(shù)不斷創(chuàng)新、進(jìn)步、完善,成為集成過程中的關(guān)鍵。

  膜分離技術(shù)在我國工業(yè)廢水深度處理回用將進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段,石油化工、氯堿化工、造紙、鋼鐵、電力等行業(yè)相繼建立了示范工程,并進(jìn)行行業(yè)推廣,工程規(guī)模已從日處理量百噸級跨入到萬噸級。

  目前,在氯堿化工、農(nóng)藥化工、醫(yī)藥化工方面的產(chǎn)品分離精制/原料中間體的純化得到了廣泛的應(yīng)用,如淡鹽水精制、草甘膦母液的回收、抗生素的分離提純等,在提高分離效率的同時,大大降低了能耗。在國家大力提倡節(jié)能減排的形勢下,大力發(fā)展膜分離技術(shù)對于化工行業(yè)、乃至各行各業(yè)的節(jié)能減排工作均具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

  膜分離技術(shù)“主打”石油化工節(jié)能減排

  一般而言,微濾技術(shù)在石油廢水處理中的應(yīng)用比較廣泛。

  采用南京化工大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所生產(chǎn)的0.2μm和0.8μm陶瓷膜進(jìn)行陸上和海上采油平臺的采出水處理研究,經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理后取得了較好的效果。懸浮物含量由73~290mg/L降至1mg/L以下,油含水量由8~583mg/L降至5mg/L以下。針對膜處理中最為關(guān)鍵的清洗問題,設(shè)計了脈沖及預(yù)處理工藝,有效地延長了過濾周期。同時根據(jù)油田采出水對膜面的污染特征,確定了B、C兩種清洗劑交替使用的清洗方案。并驗證了所采用的預(yù)處理工藝、清洗工藝、脈沖工藝的可重復(fù)性和穩(wěn)定性,為工業(yè)性放大試驗奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

  研究結(jié)果表明,絮凝處理可明顯降低水相的石油類濃度和COD,將絮凝處理與0.2μm氧化鋯膜過濾處理相結(jié)合,滲透液的石油類濃度和COD可達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。以絮凝處理后出水的石油類濃度為基準(zhǔn),確定了合適的絮凝劑為3530S,并通過正交試驗確定了合適的絮凝處理工藝條件,即絮凝劑70mg/L,溫度為40℃,攪拌90min,靜置時間為1.5h。絮凝處理能減輕膜污染,增大膜的滲透通量??疾炝瞬僮鲏毫湾e流速率對滲透液質(zhì)量和膜滲透通量的影響,確定了合適的操作條件。

  然而,油田含油污水量大約占油田總污水量的1/3,且成分復(fù)雜,用超濾技術(shù)處理油田含油廢水,既可以避免對環(huán)境和水體產(chǎn)生污染,又可以提供高質(zhì)量的油田回注用水。用超濾膜對油田采油預(yù)處理過的廢水進(jìn)行再處理,試驗研究證明,經(jīng)過超濾膜處理的廢水,膜對油的截留率為97.7%以上,水質(zhì)指標(biāo)可達(dá)到低壓滲透油田的注水站的回注水標(biāo)準(zhǔn)。

  用外壓管式聚砜超濾膜裝置現(xiàn)場處理采油污水,在研究了操作壓力、膜面流速等操作條件對超濾膜通量的影響及膜污染的清洗方法,在適宜的操作條件下,膜通量為80~490L/m2h,所處理過的污水達(dá)到了低滲透油田注水標(biāo)準(zhǔn)。采用分步清洗的方法能有效地清除膜面污物,為進(jìn)一步工業(yè)試驗裝置的放大提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

  根據(jù)該石化廠具體情況設(shè)計專為廢水處理和反滲透預(yù)處理所使用的超濾設(shè)備,并采用改性的PVC材質(zhì),耐污染、抗氧化。反滲透選用的是LFC1抗污染膜,經(jīng)過超濾處理的污水,保證出水濁度小于1.0NTU、SDI值小于3。降低濁度后,完全能夠滿足下游反滲透的進(jìn)水要求,并最終實現(xiàn)整個回用水系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

  利用中空纖維超濾膜器對大慶油田注水站的回注水進(jìn)行試驗,開發(fā)的膜組件在通量上比常規(guī)的中空纖維組件大了1~4倍,在0.08MPa的壓差下,其穩(wěn)定通量達(dá)到最大,采用自配的清洗液清洗后,通量恢復(fù)達(dá)95%以上。

  采用中空纖維超濾膜對油田含油廢水進(jìn)處理,研究結(jié)果表明總懸浮固體質(zhì)量濃度由6.69mg/L下降至0.56mg/L,油田質(zhì)量濃度由127.09mg/L下降為0.5mg/L,膜分離技術(shù)是對含油廢水進(jìn)行深度處理的可行而有效的方法之一。

  采用美國Abcor公司的管式超濾器對合成膠乳廢水進(jìn)行了處理試驗研究,試驗結(jié)果表明用超濾法處理膠乳廢水污染物去除率可達(dá)80%以上,為生化處理創(chuàng)造了良好的條件。

  采用無機(jī)超濾膜對植物油廠廢水進(jìn)行過濾處理,結(jié)果表明無機(jī)膜對廢水中油的截留率高達(dá)99.5%;采用無機(jī)膜處理植物油廠廢水,取得了油截留率99.7%的效果。

  遼河油田采用MBR-曝氣生物濾池(BAF)工藝處理采油污水,該方法可有效去除采油污水中污染物質(zhì)、油、BOD5、氨氮等,去除率達(dá)到90%以上,出水清澈透明、無異味,可實現(xiàn)采油污水的達(dá)標(biāo)外排,無需投加化學(xué)藥劑。為了保證MBR出水水質(zhì)的穩(wěn)定性,可在MBR中投放粉未活性炭用來提高M(jìn)BR對低濃度污染物的去除效果,還可有效地降低膜的污染。

  “試水”氯堿化工節(jié)能減排

  隨著近幾年我國氯堿行業(yè)的迅猛發(fā)展,如何治理和回收利用氯堿生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量廢水,成為企業(yè)所關(guān)注的重要課題。

  在氯堿行業(yè)中的除硝工藝分為化學(xué)除硝和膜法除硝兩種?;瘜W(xué)除硝工藝在硫酸根較少的環(huán)境中采用鈣法除硝工藝、在硫酸根較多的環(huán)境中使用鋇法除硝,根據(jù)原鹽質(zhì)量要求若采用化學(xué)除硝則必須采用鋇法除硝,該工藝一次性投資小,20萬t/a規(guī)模投資約為80萬元,但運(yùn)行費用大,年消耗氯化鋇量為4400t,年費用約968萬元。同時氯化鋇在使用的過程中會產(chǎn)生二次污染,且細(xì)小的硫酸鋇難以沉降,同時由于氯化鋇不能完全轉(zhuǎn)化可能帶入精鹽水中損傷離子膜,影響離子膜的使用壽命。膜法除硝工藝分為凱膜除硝和戈爾膜除硝,這種工藝對鹽水除硝效果好,不存在環(huán)境污染的問題。

  傳統(tǒng)的一次鹽水硫酸根去除工藝采用的是鋇法,因為環(huán)保原因和氯化鋇本身的毒性及價格方面的原因,目前可采用膜法脫硝來替代該工藝(CIM工藝)。據(jù)測算在一次性投資方面,CIM法的投資將會比鋇法超出約400萬元,在后續(xù)的運(yùn)行費用方面,每年可節(jié)約200萬元,再加上其他運(yùn)行費用,多投資的400萬元可在1~2年內(nèi)回收。

  作為PVC合成的主要工藝,懸浮法PVC生產(chǎn)過程中所使用的去離子水在聚合反應(yīng)完成后,經(jīng)過離心分離工序作為離心母液廢水排出,成為整個生產(chǎn)廢水中的主要來源。由于其中鈣鎂離子含量很低,因此離心母液又是受污染的軟水。近年來,不少單位在離心母液的處理回用方面進(jìn)行了研究和開發(fā),推出了一些處理工藝,并相繼進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

  近年來,中水回用和廢水資源化成為各行各業(yè)節(jié)能減排工作中的重點。在中水回用和廢水資源化的各項工藝技術(shù)中,在純水制備和海水淡化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的廢水回用膜集成技術(shù)無疑成為最熱門的應(yīng)用技術(shù)。在各項大中型的廢水、中水回用工程中,只要涉及高品質(zhì)深度回用的項目,均使用了超濾和反滲透的雙膜組合工藝作為核心工藝,同時配套了其他物化或生化技術(shù)來保障雙膜工藝的運(yùn)行。

  目前分離技術(shù)的研究應(yīng)用重點主要是合理選擇膜種類和處理工藝參數(shù)的選擇和確定;對膜進(jìn)行表面改性,以減少膜污染;探索合適的清理周期用合適的清理劑以及清理工藝;同時開發(fā)新工藝,研制高通、抗污染的新型膜材料。成功解決了以上問題,膜分離技術(shù)在化工及其行業(yè)的節(jié)能減排方面的應(yīng)用將會越來越廣泛。