獨(dú)山子石化公司乙烯廠污水深度處理裝置的主體工藝為“曝氣生物濾池+纖維過(guò)濾+微濾+反滲透”的組合工藝，以乙烯廠300m3/h符合GB8978―1996二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的污水處理場(chǎng)合格出水為處理對(duì)象，產(chǎn)品水的指標(biāo)達(dá)到乙烯廠動(dòng)力鍋爐給水系統(tǒng)的補(bǔ)水水質(zhì)要求。
筆者對(duì)深度水處理系統(tǒng)2009年1―9月運(yùn)行過(guò)程中BA
F、F
G、M
F、RO等主要操作控制單元進(jìn)出水的pH和硬度進(jìn)行了考察，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（data)顯示：系統(tǒng)各單元進(jìn)水平均pH基本維持在8.13～8.30之間，硬度維持在200mg/L左右。裝置在現(xiàn)行條件下運(yùn)行容易結(jié)垢，實(shí)際情況表現(xiàn)為BAF陶粒、MF進(jìn)口及RO結(jié)垢嚴(yán)重，各單元清洗周期普遍較短，RO部分還存在離子濃縮現(xiàn)象，目前采用添加阻垢劑方法延緩結(jié)垢發(fā)生。但由于硬度過(guò)大且pH偏高，需投加的阻垢劑用量相對(duì)較高，運(yùn)行成本高且阻垢劑的過(guò)量加入會(huì)導(dǎo)致反滲透（Osmosis)膜有機(jī)物污染。
1深度水處理系統(tǒng)結(jié)垢傾向理論分析(Analyse)
一般采用朗格利爾飽和指數(shù)LSI判斷水的結(jié)垢（屬于化學(xué)遺留物）趨勢(shì)（trend)，其值越大則結(jié)垢傾向越高。
2009年10月污水深度處理系統(tǒng)各單元進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)(parameter)如表1所示。
依據(jù)表1中系統(tǒng)(system)各單元進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)計(jì)算所得系統(tǒng)各單元進(jìn)水的LSI見(jiàn)表2。
由表2可見(jiàn)，在不存在離子濃縮的條件下，BA
F、F
G、MF及RO均已存在結(jié)垢傾向，RO在離子濃縮后LSI更是高達(dá)3.0以上。而目前除反滲透采取了投加阻垢劑的阻垢措施（指針對(duì)問(wèn)題的解決辦法)外，其他各單元均沒(méi)有采用任何阻垢措施。這也進(jìn)一步解釋了該污水深度處理系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重的原因。
2現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及垢樣分析
2.1BAF內(nèi)陶粒
利用現(xiàn)有條件對(duì)陶粒表面垢樣的化學(xué)成分進(jìn)行了初步分析，具體做法是將表面結(jié)垢的陶粒置于濃鹽酸中，出現(xiàn)兩個(gè)明顯的現(xiàn)象：產(chǎn)生大量的氣泡；陶粒表面的污垢迅速消失，最終完全溶解且溶液無(wú)混濁現(xiàn)象。由此可初步推斷，表面污垢是碳酸鹽類(lèi)物質(zhì)。經(jīng)過(guò)EDX元素分析可知，結(jié)垢前陶粒的主要元素是
O、S
I、Al，這與黏土陶粒的元素組成一致；結(jié)垢后陶粒表面的主要元素是
O、C
A、C，則可推斷出垢樣的主要成分是CaCO3，這與之前所做猜測(cè)一致，另一方面也說(shuō)明BAF內(nèi)陶粒結(jié)垢（屬于化學(xué)遺留物）較為嚴(yán)重。陶粒結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致原本內(nèi)部為多孔結(jié)構(gòu)的陶粒比表面積大為降低，對(duì)生物膜的附著力降低，陶粒掛膜不充分將導(dǎo)致曝氣生物濾池處理效率降低。因此需要有針對(duì)性地進(jìn)行預(yù)處理和除垢。
2.2微濾進(jìn)口
對(duì)微濾進(jìn)水處取得的垢樣進(jìn)行了電鏡和EDX元素分析(Analyse)。結(jié)果表明，垢樣的主要成分以碳酸鈣垢為主，占垢樣整體成分的90%以上。微濾膜結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致處理量下降，能耗增加，清洗周期縮短等嚴(yán)重后果，需要有針對(duì)性地進(jìn)行預(yù)處理和除垢。
2.3反滲透系統(tǒng)
在用堿液對(duì)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行清洗的過(guò)程中，洗液變渾濁，證明(zhèng míng)了反滲透膜已被有機(jī)物或微生物污染。膜生物反應(yīng)器膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合之新型態(tài)廢水處理系統(tǒng)。以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)末端二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機(jī)負(fù)荷，從而減少污水處理設(shè)施占地面積，并通過(guò)保持低污泥負(fù)荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內(nèi)之膜分離設(shè)備截留槽內(nèi)的活性污泥與大分子有機(jī)物。膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥齡(SRT)可延長(zhǎng)至30天以上。取保安過(guò)濾器處的垢樣進(jìn)行分析(Analyse)，發(fā)現(xiàn)該垢樣中CaO占29.18%，MgO占3.76%，P2O5占0.017%，550℃的灼燒減量占44.06%，950℃的灼燒減量占24.24%，酸不溶物占0.66%。對(duì)該垢樣的化學(xué)成分分析結(jié)果表明，該垢樣主要以CaCO3、MgCO3及有機(jī)污染物為主，占到整體質(zhì)量的98％以上，因此碳酸鹽垢同樣是反滲透部分的關(guān)鍵污染物。結(jié)垢的出現(xiàn)會(huì)造成反滲透裝置鹽去除率和產(chǎn)水量大幅下降，并且嚴(yán)重影響反滲透膜的使用壽命，因此必須對(duì)反滲透裝置采取有針對(duì)性的阻垢措施。
3處理方案
3.1原理及流程
降低上述結(jié)垢傾向，理論上可同時(shí)向系統(tǒng)中加酸和阻垢劑，加酸中和水中的部分堿，使給水的LSI降至阻垢劑最佳適用范圍，再加阻垢劑防止CaCO3垢的形成。中空纖維膜紡絲機(jī)通過(guò)膜技術(shù)進(jìn)行水處理，應(yīng)用于制藥、釀造、餐飲、化工、市政污水回傭、醫(yī)院、小區(qū)污水會(huì)用、造紙等生產(chǎn)生活污水處理。膜分離技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于溶液或氣體物質(zhì)分離、濃縮和提純的分離技術(shù)。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過(guò)膜的一側(cè)，溶劑及小分子溶質(zhì)透過(guò)膜壁為濾出液，而大分子溶質(zhì)被膜截留，達(dá)到物質(zhì)分離及濃縮的目的。膜分離過(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)濾過(guò)程，大分子溶質(zhì)被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續(xù)長(zhǎng)期使用。然而，考慮到目前市場(chǎng)上阻垢劑的價(jià)格相對(duì)昂貴，只能對(duì)最精細(xì)且LSI最高的反滲透部分進(jìn)行阻垢處理，因此只將加藥點(diǎn)設(shè)于保安過(guò)濾器前，即反滲透進(jìn)水處，其余3個(gè)單元?jiǎng)t只采用加酸處理。加酸防垢的原理為加入的酸和CO32-作用生成CO2，降低了結(jié)垢陰離子CO32-的濃度。降低上述結(jié)垢傾向，理論上可同時(shí)向系統(tǒng)中加酸和阻垢劑，加酸中和水中的部分堿，使給水的LSI降至阻垢劑最佳適用范圍，再加阻垢劑防止CaCO3垢的形成。然而，考慮到目前市場(chǎng)上阻垢劑的價(jià)格相對(duì)昂貴，只能對(duì)最精細(xì)且LSI最高的反滲透部分進(jìn)行阻垢處理，因此只將加藥點(diǎn)設(shè)于保安過(guò)濾器前，即反滲透進(jìn)水處，其余3個(gè)單元?jiǎng)t只采用加酸處理。加酸防垢的原理為加入的酸和CO32-作用生成CO2，降低了結(jié)垢陰離子CO32-的濃度。
一般情況下，加酸處理中所加酸選擇硫酸或鹽酸。硫酸價(jià)廉而且反滲透膜對(duì)SO42-的去除率比對(duì)Cl-的高，但是，由于水中Ca2+、Ba2+、Sr2+含量高，經(jīng)計(jì)算存在生成硫酸鹽垢的危險(xiǎn)，故筆者選擇加鹽酸。
加酸量的計(jì)算：根據(jù)鹽酸與碳(C)酸鹽的化學(xué)反應(yīng)式，每加入1mg/L的HCl，產(chǎn)生1.205mg/L的CO2和減少1.37mg/L的HCO3-。在水溫25℃時(shí)，將反滲透進(jìn)水pH由pHf0調(diào)整至pHf時(shí)所需加入的HCl量分別按下式計(jì)算：
式中：GHCl――加入的HCl量，kg/h；
Q――進(jìn)水流量，m3/h；
［HCO3-］f3――加酸前的進(jìn)水中HCO3-質(zhì)量濃度，mg/L。
改進(jìn)處理方案后的工藝流程如圖1所示。
調(diào)整后原有流程及操作條件基本保持不變，在BAF出口增加一加酸點(diǎn)，投加HCl，調(diào)整pH至6.0～7.5，以防止LSI過(guò)大而結(jié)垢，而且增加了殺菌劑(成分：無(wú)機(jī)化合物)HClO在保安過(guò)濾器進(jìn)水中的投加量。
整套工藝水的pH降至6.0～7.5，HCO3-濃度降低后，反滲透部分仍需加入阻垢劑進(jìn)行處理(chǔ lǐ)。阻垢劑的加藥濃度依進(jìn)水硬度的變化而做了適當(dāng)調(diào)整。
3.2設(shè)備改造及加酸量的確定
根據(jù)上述調(diào)整方案，設(shè)計(jì)增加了以下設(shè)備并確定了酸投加用量范圍：
鹽酸計(jì)量泵：該計(jì)量泵為進(jìn)口隔膜計(jì)量泵。該泵采用全自動(dòng)調(diào)節(jié)，根據(jù)pH大小調(diào)節(jié)泵的沖程，即按照水質(zhì)進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)。
高/低pH報(bào)警：給水的pH過(guò)高或過(guò)低對(duì)系統(tǒng)都會(huì)帶來(lái)危害。pH過(guò)高會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)垢，過(guò)低會(huì)損壞微濾及反滲透膜，并導(dǎo)致系統(tǒng)腐蝕，因此調(diào)整處理方案后，在系統(tǒng)中增加了高/低pH報(bào)警裝置?？刂苝H在6.0~7.5。
理論加酸量：若調(diào)節(jié)pH=6.0，鹽酸投加質(zhì)量濃度為116.24mg/L，需加鹽酸量86.8L/h，算得LSI=-0.256。若調(diào)節(jié)pH=7.5，鹽酸投加質(zhì)量濃度為9.93mg/L，需加鹽酸量7.5L/h，算得LSI=2.050。
因此，鹽酸(化學(xué)式：HCl)投加質(zhì)量濃度可維持在9.93～116.24mg/L之間，加酸量在7.5～86.8L/h之間。
4效果分析
經(jīng)過(guò)加酸處理后，系統(tǒng)pH顯著降低，改進(jìn)前pH大約為8.1，改進(jìn)后pH約為7.8，從而有效抑制了系統(tǒng)結(jié)垢（屬于化學(xué)遺留物）。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證加酸后的效果，對(duì)比了加酸前后BAF進(jìn)口、FG進(jìn)口、MF進(jìn)口以及RO進(jìn)口處的LSI，2010年6月深度水處理系統(tǒng)各單元進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)(parameter)如表3所示。具體參見(jiàn)
根據(jù)LSI公式，計(jì)算得到2010年6月系統(tǒng)各單元進(jìn)水LSI，如表4所示。膜生物反應(yīng)器在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱(chēng)膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)?？梢?jiàn)，經(jīng)過(guò)處理，整個(gè)工藝主要單元的LSI雖然仍然>0，有結(jié)垢傾向，但與2009年10月的數(shù)據(jù)相比，LSI顯著降低，即系統(tǒng)結(jié)垢傾向得到了有效抑制，初步達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，取得了一定成果。
5結(jié)論
筆者針對(duì)獨(dú)山子石化公司乙烯廠污水深度處理裝置結(jié)垢嚴(yán)重的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析，經(jīng)SEM及EDX分析確定結(jié)垢主要成分為碳(C)酸鈣，通過(guò)在BAF出口投加HCl以降低體系pH，最終使得LSI顯著降低，結(jié)垢傾向得到了有效抑制。研究成果可以廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。
