位于台湾的中美石化公司,是全球最大的精对苯二甲酸( PTA )生产商。该生产厂的生产工艺过程和公用设施系统每天使用约40000立方米的水。另一方面,它还会从制造过程,冷却塔排污,除盐再生等处产生每天约20000立方米左右的废水。废水输送到当地污水处理中心处理后,按照批准的配额,每天22000立方米,排放到海中。
因为工厂所在的地区经常遭遇因季节性干旱所引起的用水限制,水资源的短缺造成了生产困难和减产。此外,因为咸水侵入给水水源,供水的总溶解固体浓度一直在增加,导致该厂的离子交换水除盐系统的再生周期不断缩短。
为了解决干旱季节水资源短缺问题,并考虑到未来的发展,工厂开展了集成膜废水再生处理系统研究,包括超滤/反渗透(UF/RO) 。从1995年7月至1996年8月,经过对生产容量为每天110立方米的废水再生处理系统的广泛研究和试验之后,在2000年4月,一座容量为6600立方米/天的商业实用废水再生系统正式启用。这一项目的历史是根据一篇回顾性的技术专题报告,此报告回顾三年来反渗透作为膜再生水处理系统的关键处理工艺的性能表现。该反渗透膜系统采用FILMTECTM BW30-400过滤单元。
最终的工艺设计
系统中的双媒体过滤器包括三个滤塔,填充媒体是锰绿砂和无烟煤,颗粒大小为0.55 ± 0.5毫米和1.1 ± 0.05毫米。每个过滤塔的设计流量为148 m3/h。
用聚砜制造的中空纤维超滤膜(PM100,6-48英寸,科克膜系统)具有各向异性孔隙结构,而其透过标准分子量则为 100,000 道耳顿. 。超滤膜系统包括五个独立单元,每个单元安装109个过滤膜芯,而整个系统共有545个超滤膜芯。
超滤膜系统的回收率达92 % 。设计流量为85.9 升每小时平方米。该超滤膜的滤芯使用超滤水来进行经常性的反清洗与快速滤筒冲洗。典型的操作程序包含每60分钟进行一次反冲洗/快速冲洗,每次冲洗耗时3.83分钟。冲洗过程是由一个可编程序控制器控制自动进行。流速是342.9立方米/小时。进水质量是每100毫升水里的大肠菌个数不超过500个,出水水质是每100毫升水里的大肠菌个数不超过50个 。
整个反渗透系统设计安装八套设备,分两级组成( 第一级安装5套设备,第二级安装3套设备)。每套设备的容量为39立方米/小时,回收率80%。工厂选择FILMTECTM BW30-400过虑单元,因为它的生产效率高,除盐和除有机物的能力强。预期的出水质量比较好,平均渗透通量设定在22升/平方米/小时这个相对较高的数值上 。然而,由于回用水对反渗透膜的潜在积垢性很高,工艺设计建议以使用无机酸和防垢剂来防止薄膜积垢.
启动反渗透水过滤厂
整个水回收设施在2000年4月开始全面运作。最终出水的质量保证满足在含锰、含钴、含化学需氧量( COD )和电导率这些水质项目的要求。组合使用二甲基甲酰胺,颗粒活性炭( GAC )和超滤膜(UF),可以去除40%到50%的COD。其他50%以上较小分子有机物可以通过超滤膜。由于COD的主要成分是分子量小的化合物,其中包括对二甲苯,苯甲酸,磷甲基苯甲酸, 乙酸和对苯二甲酸( TA ),因此40%到50%的有机物超滤截留性能可以接受。事实证明,反渗透是获取高品质再生水必不可少的生产过程。
反渗透工厂性能
2001年5月,因为存在氯氧化问题,整个反渗透系统八套设备中的五套设备必须更换新的薄膜模组,此后氯氧化的问题已得到了纠正。自那时起,反渗透设备以每小时大约30立方米的出水量运行,并保留两套设备作为备份。相对于18 kg/cm2的膜滤操作压力,目前的操作压力一直维持在10-13 kg/cm2,,
因为有三套设备仍然使用较老的过滤部件工作,与新过滤部件相比,总体出水的传导系数略高。即使如此,在给水传导率高达3850μs/厘米左右的情况下,近三年的操作期间总的产品水质都能符合240μs/厘米的保障水平。
结论
通过广泛的测试,一套适合于高COD的石化废水的预处理程序被选用于反渗透回收处理系统。从近两年来的运作情况来看,经过适当的预处理,薄膜复合反渗透膜(BW30 )没有降低通量,也没有污染物阻截率的损失。这进一步证明以膜技术为主的处理系统(超滤/反渗透)将杂质从废水中去除的概念是可行的。该再生水质量优于市政用水,使离子交换除盐系统需要再生的时间加长。尽管该水处理厂最初遇到了一些困难,包括膜结垢和膜氧化,但在采取适当的纠正措施之后,工厂可以顺利地操作该系统而没有任何重大问题。