一、引言
某煤化工項(xiàng)目是以煤為原料生產(chǎn)甲醇180萬t/a，采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SHMTO技術(shù)將甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴并進(jìn)一步生產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯等最終產(chǎn)品的大型一體化煤制烯烴項(xiàng)目。項(xiàng)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(zhuǎn)化、低密度聚乙烯、聚丙烯等8套工藝生產(chǎn)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(huán)水場、污水處理場、罐區(qū)等公用工程、輔助設(shè)施及廠外工程等。本項(xiàng)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(xiàng)目實(shí)施了廢水“零”排放方案，以破解當(dāng)?shù)厮Y源和水環(huán)境承載力對企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的矛盾問題。本項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水成分復(fù)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(jié)約用水的原則，對不同水質(zhì)的廢水分別進(jìn)行處理，最大限度地提高水的重復(fù)利用率及廢水資源化率[1]。根據(jù)來水水質(zhì)的不同，本項(xiàng)目污水處理場優(yōu)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(fā)結(jié)晶裝置等，其中膜濃縮裝置設(shè)置了超濾單元，進(jìn)一步去除污水中的懸浮物等雜質(zhì)，確保反滲透高效運(yùn)行。超濾系統(tǒng)自2016年1月份運(yùn)行，當(dāng)時(shí)選擇的是濕法膜，通過近3年的使用，超濾膜逐步出現(xiàn)了膜絲斷裂等問題，產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)一步下降，為保證膜系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，該項(xiàng)目更換了新型國產(chǎn)超濾膜。本文詳細(xì)介紹新型超濾的技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢，并對膜系統(tǒng)采用該技術(shù)的運(yùn)行情況進(jìn)行闡述說明。
二、超濾技術(shù)
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(jī)污染物和細(xì)菌等，達(dá)到改善和穩(wěn)定水質(zhì)的目的。超濾其分離機(jī)理是：膜表面孔徑機(jī)械篩分作用、膜孔阻滯作用和膜表面及膜孔對雜質(zhì)的吸附作用，這些都是傳統(tǒng)的過濾無法實(shí)現(xiàn)的。
超濾膜的膜絲材質(zhì)為PVDF。聚偏氟乙烯(PVDF)是一種熱塑性、半結(jié)晶性的高分子聚合物，由于其具有良好的機(jī)械性能(柔韌性和耐磨損性)、化學(xué)穩(wěn)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(jié)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(zhì)。但是，用PVDF材質(zhì)制備的產(chǎn)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(guān)。當(dāng)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(chǎn)品性能各有特點(diǎn)，可以適用于不同的要求和用途。
2.1新型國產(chǎn)超濾膜的技術(shù)特點(diǎn)與技術(shù)優(yōu)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(fā)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(jì)70年代，其最早用于結(jié)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(yōu)勢在于其膜絲強(qiáng)度增加，是普通NIPS法的4~6倍，解決了中空纖維超濾膜應(yīng)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(xué)特性，耐受氧化劑和酸堿的性能優(yōu)良。但是，由于TIPS法制備過程要求在聚合物熔點(diǎn)100℃以上(接近250℃)進(jìn)行鑄膜液均相混合，其對制膜設(shè)備和環(huán)境的要求極為苛刻，制膜工藝較為復(fù)雜，需要較高的技術(shù)和裝備水平，并且需要較多的成本投入。
TIPS法制備的膜絲優(yōu)勢如下：
?、倌そz斷面為海綿體結(jié)構(gòu)，膜絲強(qiáng)度高，拉斷強(qiáng)度可以達(dá)到≥8N(牛頓)，是普通NIPS制備膜絲的4～6倍。
?、谀そz為均質(zhì)非對稱膜，可以高強(qiáng)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(xué)性能顯著，可在pH值1～13和氯洗濃度5000ppm的極端條件下進(jìn)行清洗。
三、裝置設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
含鹽廢水膜處理裝置超濾系統(tǒng)進(jìn)水設(shè)計(jì)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(chǎn)水、循環(huán)水場及化學(xué)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(shù)，沉淀效果好，能夠有效去除水中硬度、懸浮物，保證出水水質(zhì);超濾在形式上選擇抗污堵能力更強(qiáng)的外壓式PVDF超濾膜;反滲透選擇進(jìn)口產(chǎn)品，耐沖擊性強(qiáng)，從而保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。RO裝置的設(shè)計(jì)回收率為75%，設(shè)計(jì)脫鹽率在97%以上。
含鹽污水經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)超濾的進(jìn)水水質(zhì)見表2(實(shí)際運(yùn)行工況)。
四、裝置的工藝設(shè)計(jì)
4.1處理工藝流程
處理工藝如圖1所示，主要包含化學(xué)軟化澄清、濾池過濾、超濾/反滲透系統(tǒng)等。
4.2超濾膜技術(shù)參數(shù)
膜形式：外壓式中空纖維
單支膜面積：≥77m2
材質(zhì)：PVDF(聚偏氟乙烯)
膜絲拉伸斷裂強(qiáng)力：≥8N
殼體材質(zhì)：UPVC(聚氯乙烯)
過濾方式：全流(或錯(cuò)流)過濾
膜通量(按設(shè)計(jì)進(jìn)水計(jì)算)：≤55L/m2•h(25℃)
膜凈通量(按設(shè)計(jì)產(chǎn)水計(jì)算)：≤50L/m2`.•h(25℃)
pH值范圍(連續(xù)運(yùn)行)：2～12
pH值范圍(化學(xué)清洗)：1～13
膜孔徑：0.1μm
溫度：5～40℃
最大進(jìn)水壓力(40℃時(shí))：3.0bar
最大運(yùn)行跨膜壓差：2.1bar
最大運(yùn)行氣洗流量：12Nm3/h
最大反洗壓力：2.5bar
最大氣洗壓力：2.5bar
NaClO耐受濃度：≥5000mg/L
懸浮固體耐受濃度：≥100mg/L
最大進(jìn)水濁度：300NTU
產(chǎn)水濁度：≤0.2NTU
出水SDI：≤3
系統(tǒng)回收率：≥90%
年操作時(shí)間：≥8400h
3年內(nèi)斷絲率<0.3%
膜元件的使用壽命及使用性能保證：保證值≥3a。
五、裝置實(shí)際運(yùn)行情況
5.1各主要工藝單元實(shí)際處理效果
2019年上半年，污水場對超濾膜進(jìn)行了更換，更換后一次性通過72h性能考核。經(jīng)過1年的運(yùn)行，國產(chǎn)超濾膜各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求，并且在系統(tǒng)壓差、產(chǎn)水濁度、產(chǎn)水SDI、運(yùn)行通量等指標(biāo)上明顯優(yōu)于考核指標(biāo)，在性能上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性，具體見表3、表4數(shù)據(jù)
此外，更換新膜后，后端保安過濾命延長1倍(超濾更換前濾芯平均更超濾更換后濾芯平均更換周期為400證明了新型國產(chǎn)熱法超濾膜的截污效的運(yùn)行，超濾膜的化學(xué)清洗pH值范圍更大，對超濾膜進(jìn)行拆檢，未發(fā)現(xiàn)有斷該超濾膜良好的性能。
該超濾膜國產(chǎn)化后，有效降低了濾膜價(jià)格是進(jìn)口品牌的60%左右)，本化節(jié)省采購費(fèi)用保守核算為400萬以后各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于之前產(chǎn)品，減少保安過頻次，間接效益也很明顯。
六、結(jié)束語
(1)新型國產(chǎn)熱法超濾膜的諸多優(yōu)勢在本項(xiàng)目上得到了驗(yàn)證，同時(shí)在投資、運(yùn)行管理、性價(jià)比等方面也表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。
(2)新型國產(chǎn)熱法超濾膜已經(jīng)在諸多煤化、石油化工等行業(yè)成功應(yīng)用，有越來越多成功的案例。該項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。（ >
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