中国石化上海石油化工股份有限公司采用聚偏氟乙烯( PVDF) 中空纤维膜生物反应器( MBＲ) 回用技术对低含盐含油污水进行深度处理后回用。文章主要阐述 MBＲ 在日常运行中的控制重点与膜清洗方式，以保证 MBＲ 在长周期运行中，在出水稳定且达到循环冷却水补充水水质标准的前提下，始终维持较高的膜产水量并在膜组件受到严重污染后能够较快恢复产水量。

关键词:

         低盐含油污水 膜生物反应器 中空纤维膜 膜污染 膜清洗

 

        石油化工企业在生产过程中需要耗用大量的工业水，同时也伴随着较大的排污量，根据国家节能减排、可持续发展的总体战略规划与对石油化工行业节水减排的要求，石油化工企业需不断提高水的循环使用量，在节约新鲜水使用量的同时，持续减少污染物排放量。为此，中国石化上海石油化工股份有限公司( 以下简称上海石化) 于 2014 年底建成投运膜生物反应器( MBＲ) 回用处理装置，用于处理低含盐含油污水，出水作为前方生产装置的循环冷却水补水使用。在膜运行周期内，通过合理有效的工艺控制与膜清洗方式，出水水质能够保持稳定，在大幅提高污水回用量的同时，有效削减了外排污水的总量。

1     废水水质与污水处理工艺

1. 1 废水水质特征表 1 为 MBＲ 回用处理装置设计进出水水质情况。
 

 

1. 2   工艺处理流程图 1 为 MBＲ 回用处理装置工艺流程。
 

1. 3   膜组件参数MBＲ 膜组件采用 GE 公司 ZW － 500 型，共 8组膜产水池，每组产水池包括 4 组膜组件，共 32 组，并联运行，设计最大产水量为 1. 2 kt /h。主要参数见表 2。
 

2     工艺运行

        MBＲ 的长周期稳定运行，不仅取决于膜组件本身的质量，更重要的是日常运行过程中整个处理系统的生产工艺控制，主要包括进水预处理、膜污染控制、膜清洗，这 3 个因素直接影响膜的使用周期与膜产水量。

 2. 1  进水预处理油类物质、颗粒或丝状悬浮物、含盐量对于膜组件都会产生不同程度的影响，其中油类物质对膜的总体影响最大。

        ( 1) 油类物质在运行过程中，油类物质会不断积聚，并包裹在膜丝表面，堵塞膜表面的孔道。同时污泥会粘附在膜丝表面，进一步使膜表面受到污染，堵塞膜孔道。由于含油污泥黏度较大，气洗与反冲洗均很难将其去除，长期粘附于膜丝表面的污泥在曝气的作用下，会逐渐硬化并牢牢附着在膜表面，使膜面积大幅降低，严重影响产水量，因此 MBＲ 回用装置进水的油类控制十分重要。在炼化行业，含油污水通常采用二级气浮进行预处理，通过气浮将大部分油类物质去除，但在实际运行过程中，在受到油类物质冲击时，二级气浮不足以保证出水油类物质达标; 同时含油污水中的乳化油用气浮的方法也很难有效去除，乳化油进入生化单元后，在大量曝气的作用下，油类物质会慢慢释放出来进入到污泥中。上海石化在 MBＲ 回用装置设计时，在进行二级气浮预处理的基础上，设置了隔油稳定池、接触氧化池、沉淀池 3 个工序单元，在去除部分化学需氧量( COD) 与氨氮的同时，进一步去除油类物质，防止油类物质大量进入 MBＲ 工序单元，尽可能地降低油类物质对膜的影响。

        ( 2) 盐类物质盐类物质不断积聚，同样会影响膜的正常运行。含盐量较高的污水( 电导率大于 3 000 μS /cm) 会使膜丝逐步结垢，堵塞膜孔道，同时使膜丝变脆，提高膜丝的断丝率，使产水量受到影响。上海石化在设 计 之 初，将 低 盐 含 油 污 水 ( 电 导 率 低 于1 000 μS /cm) 进行单独收集，严格控制进水的含盐量，减少含盐量对膜丝的影响。 

         ( 3) 硬颗粒或丝状悬浮物硬度较大的颗粒物会损坏膜表面，导致膜孔道受损和膜丝断裂。丝状悬浮物进入 MBＲ 后，使膜丝缠绕在一起，影响膜产水能力。因此在 MBＲ前段应设置进水池并配有膜格栅等过滤装置，防止硬颗粒物质与丝状悬浮物进入 MBＲ。

 2. 2   膜污染控制

         ( 1) 污泥浓度控制MBＲ 强大的截留能力可以使泥水完全分离，大幅提高系统内的污泥浓度，一般可以维持在8 g /L 以上。较高的污泥浓度可以有效提高污泥负荷与系统容积负荷，提高抗冲击能力，因此在运行中，一般按较高污泥浓度控制。但在长周期运行中，过高的污泥浓度并不利于 MBＲ 的正常运行，污泥浓度过高，会导致气洗效果变差，无法有效冲洗膜表面污泥。中空纤维膜结构采用框式结构将膜丝进行固定，污泥浓度过高，会使膜框内部不断积聚污泥，导致膜丝表面覆盖大量污泥，同时使膜框膜丝不断膨胀并挤压，严重时会使膜框零件损坏，导致膜组件无法正常运行。因此在运行期间，在保持正常出水水质要求的前提下，应将污泥浓度尽可能维持在较低的范围，一般可以控制在6 g /L 左右。

         ( 2) 膜运行参数控制MBＲ 膜单元在运行过程中，主要控制参数包括产水时间、停止产水时间、反冲洗周期、维护型次氯酸钠清洗周期、维护型柠檬酸清洗周期、曝气强度等。

         目前上海石化 MBＲ 回用处理装置参数的设置分别为: 产水时间 720 s、停止产水时间 40 s、反冲洗 周 期 18 min、维护型次氯酸钠清洗周期48 h、维护型柠檬酸清洗周期 168 h、曝气冲刷强度 650 m3 /h。此工艺参数运行条件下，单组膜产水池( 4 个膜组件) 产量水可维持在 130 t /h( 最大产水量为 150 t /h) ，跨膜压差为 20 ～ 25 kPa。从长周期运行情况看，膜产水量衰减周期为 3 ～ 4 个 月，产水量衰减至 80 t /h 左右，跨膜压差上升至35 kPa，膜反洗压力达到约 65 kPa。当跨膜压差达到 35 kPa 以上或产水量衰减至 80 t /h，需对膜组件进行恢复性清洗以恢复膜通量。上述控制参数根据不同运行方式与膜组件情况会有所不同，在运行过程中，需要根据膜组件的实际运行状态进行不断调整与优化。当膜运行周期已较长，可以适当提高反冲洗周期、维护型清洗的周期与加药量。

       ( 3) 膜清洗控制在 MBＲ 运行过程中，膜污 染 无 可 避 免，在保持较好的生产运行控制、延长膜污染周期的同时，膜清洗变得尤其重要，合理有效的膜清洗将很大程度上恢复受污染膜的通量，使膜能够正常使用。

        膜的清洗主要分为化学药剂清洗与机械清洗两大类，化学药剂清洗分为维护型清洗与恢复性清洗。上海石化 MBＲ 回用处理装置长周期运行过程中，采用机械清洗与化学药剂清洗组合的方式，其中化学药剂维护型清洗采用次氯酸钠与柠檬酸的 组 合 清 洗 方 式。次氯酸钠清洗周期为2 d /次、清洗时间为 60 min、药剂投加量为 120 L ( 按次氯酸钠质量浓度 10% 计) ; 柠檬酸清洗周期为7 d /次、清洗时间 60 min、药剂投加量为 250 L ( 按柠檬酸质量浓度 40% 计) 。通过以上方式的药剂清洗能有效延缓膜的污染周期，可以在 3 ～ 4个月内维持膜的正常产水量。

         尽管在日常运行中，维护型清洗持续进行，但仍无法避免膜受到污染并最终导致产水量大幅下降的情况发生。当此情况发生时，就需要进行恢复型的化学药剂清洗，彻底清除膜污染，恢复膜产水量。当跨膜压差高于 35 kPa 或膜产水量下降至正常产水量的 60% 时就需要进行一次恢复型清洗。在 MBＲ 运行过程中，排除进水异常情况( 如大量油类物质、高含盐污水、检修废水) 外，膜的主要污染为微生物污染，在正常情况下，恢复型清洗应采用次氯酸钠药剂清洗。目前上海石化MBＲ 回用处理装置的恢复型清洗采用大剂量次氯酸纳长时间浸泡方式。膜池用反冲洗水注满后，一次性投加次氯酸纳，一般浸泡时间为 2 ～3 d。药剂浸泡 1 d 后，进行 30 min 左右的产水，使次氯酸纳药剂进入膜丝孔道，然后再浸泡 1 ～ 2 d，随后进行试产水。在试产水过程中，不直接进污水，通过采取不断抽水与补水的方式，观察跨膜压差与膜产水量情况，判断膜的清洗效果。通过以上方式的清洗，跨膜压差可下降至 15 kPa 以下、单组膜池膜产水量恢复至 130 t /h 以上( 最大设计膜产水量至 150 t /h) 。MBＲ 膜使用大剂量次氯酸钠清洗时，需特别注意膜对氧化剂与氯离子的耐受程度，药剂投加量不可高于耐受上限，以免损坏膜丝。在 MBＲ 运行过程中，应定期检查膜组件，发现膜丝膨胀情况严重或膜框内部出现大量积泥的情况时，需对膜组件进行机械清洗，将膜片拆卸后用清水清洗干净后，再采用大剂量次氯酸钠进行浸泡。 

 

3     结论

        ( 1) MBＲ 处理含油污水时，需严格控制进水石油类质量浓度≤20 mg /L、电导率≤1 200 μS /cm。 

        ( 2) 在 MBＲ 运行过程中，在保证出水水质的前提下，尽量保持污泥浓度在较低水平，一般可按6 g /L 进行控制。

        ( 3) 膜组件运行参数( 反洗周期、反洗水量、曝气量、维护型药剂清洗周期等) 需根据膜实际运行状态进行调整，以延长膜使用周期。

        ( 4) 恢复型清洗应采用化学清洗与机械清洗相结合的方式。化学清洗在不超过膜对药剂耐受上限的情况下，可加大药剂投入量，同时延长浸泡时间，一般可浸泡 2 ～ 3 d; 需定期对膜的积泥情况进行检查，通过机械清洗的方式，将膜片上的积泥进行清洗。

 

 

原标题：MBＲ 膜处理技术在低盐含油污水回用的运行实践

原作者：陈 飞