超濾膜在煤化工污水處理中的應用

發表時間：2021-11-15 12:25:41 閱讀次

　　一、引言

　　某煤化工項目是以煤為原料生產甲醇180萬t/a，采用具有自主知識產權的SHMTO技術將甲醇轉化為烯烴并進一步生產聚乙烯、聚丙烯等最終產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烯烴轉化、低密度聚乙烯、聚丙烯等8套工藝生產裝置和3套空分裝置，以及配套的自備電站(含化水站)、凈水場、循環水場、污水處理場、罐區等公用工程、輔助設施及廠外工程等。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，以破解當地水資源和水環境承載力對企業可持續發展的矛盾問題。本項目產生的廢水成分復雜、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、節約用水的原則，對不同水質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]。根據來水水質的不同，本項目污水處理場優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結晶裝置等，其中膜濃縮裝置設置了超濾單元，進一步去除污水中的懸浮物等雜質，確保反滲透高效運行。超濾系統自2016年1月份運行，當時選擇的是濕法膜，通過近3年的使用，超濾膜逐步出現了膜絲斷裂等問題，產水水質進一步下降，為保證膜系統的穩定運行，該項目更換了新型國產超濾膜。本文詳細介紹新型超濾的技術特點和技術優勢，并對膜系統采用該技術的運行情況進行闡述說明。

　　二、超濾技術

　　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，達到改善和穩定水質的目的。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的吸附作用，這些都是傳統的過濾無法實現的。

　　超濾膜的膜絲材質為PVDF。聚偏氟乙烯(PVDF)是一種熱塑性、半結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。但是，用PVDF材質制備的產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。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新型國產超濾膜的技術特點與技術優勢

　　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，其對制膜設備和環境的要求極為苛刻，制膜工藝較為復雜，需要較高的技術和裝備水平，并且需要較多的成本投入。

　　TIPS法制備的膜絲優勢如下：

　　①膜絲斷面為海綿體結構，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。

　?、躎IPS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。

　　2.2新型超濾膜與常規超濾膜比較，見表1

　　三、裝置設計基礎

　　含鹽廢水膜處理裝置超濾系統進水設計水量為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水、循環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，沉淀效果好，能夠有效去除水中硬度、懸浮物，保證出水水質;超濾在形式上選擇抗污堵能力更強的外壓式PVDF超濾膜;反滲透選擇進口產品，耐沖擊性強，從而保證了系統運行的安全性、穩定性。RO裝置的設計回收率為75%，設計脫鹽率在97%以上。

　　含鹽污水經過預處理后進超濾的進水水質見表2(實際運行工況)。