纳滤膜技术在乌洛托品废水浓缩处理中的应用

刘国辉

(呼图壁县锐源通化工有限责任公司，新疆 昌吉州 831200)

目前在化工领域中的污染废液种类很多，乌洛托品废液就是其中的一种。乌洛托品是甲醛重要的衍生物之一，它广泛应用于树脂、塑料、橡胶等工业。乌洛托品是由甲醛和氨在碱性溶液中反应，缩合生成乌洛托品和水[1]。在实际生产过程中废水的来源是装置单元氨解析塔高温解析后排放的残液，里面含有量大约在0.1%～0.2%左右的乌洛托品其余成分为水。一部分残夜作为气流干燥排出气的洗涤用水返回乌洛托品装置单元，多余部分进入工厂污水处理系统进一步处理。这种方法的处理缺点是乌洛托品成分完全损失，增大了污水站处理的难度。

随着工业不断地发展，生产过程自动化，人们日益对环保意识的提高以及政府职能部门对节能降耗的苛求，如何实现资源综合利用、节能、环保的新过程显得尤为重要。在废水浓缩处理方面，纳滤膜浓缩技术可有效实现对可用物质的回收，本文将从纳滤膜在乌洛托品行业生产废水浓缩应用方面进行介绍。

1 高压纳滤设备工作原理

纳滤膜设备就是以纳滤膜为核心产品，膜表面分离层拥有纳米级(10 nm以下)的孔结构，利用多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定大小的杂质颗粒，透过物大小在1～10 nm，截留分子量100～1000之间的物质。对特定溶质有很高的截留率，主要应用于溶液中大分子物质的浓缩和纯化。乌洛托品分子质量为140，所以从分离原理上讲适用于乌洛托品生产废水的浓缩。

2 高压纳滤选型技术优势

德国某公司的MTNF高压纳滤膜组件是专门为物料浓缩处理而开发的一种新型结构膜组件，MTNF纳滤膜的内部格网采用梯形的专利结构，废水在格网形成的通道内流动，内部横向具有加强筋在料液流动时候的增加紊流，可以降低膜的浓差极化作用，使得MTNF 膜组件的耐污染能力得到提高。采用的高压纳滤膜组件可以达到 10 MPa耐压压力，使回收效率得到极大提升；MTNF膜组件不像其它纳滤系统进行长期的进水预处理，并且内置清洗循环泵，使得MTNF纳滤膜完成一定工作期限后可定期清洗，降低结垢率，改善纳滤膜使用寿命。

2.1 高压纳滤膜组件

型号：DS98A-8040CP-V2；膜片材质：聚酰胺工业抗污染纳滤膜；膜组件面积：32.0 m2/支；进料流量：每支膜 6.0～12.0 m3/h；耐压：90 bar；数量：28。

2.2 高压纳滤膜性能

膜性能参数表1。

表1 膜性能参数

3 乌洛托品废水浓缩处理工艺

工艺流程步骤：来自乌洛托品生产装置中解析塔底的排放液进入保安过滤器进行过滤，用高压泵加压输送至高压纳滤膜组件进行纳滤浓缩，浓缩液含量在10%～12%的乌洛托品溶液重新进入生产装置母液槽进行循环再利用，接近纯水的透过液进入软水公用工程系统。高压纳滤流程示意见图1。

图1 高压纳滤流程示意图

3.1 进料保安过滤

为保证系统运行的连续性，设备配有pp熔喷滤芯过滤器将乌洛托品废水经过滤去除杂质。防止进料异常导致的系统停机，设备均配有pp熔喷滤芯过滤器。pp熔喷滤芯洁净度高，还具有耐酸碱腐蚀优点。pp熔喷滤芯内部微观孔隙小，空隙≤ 5 μm使过滤效率能达到98%以上。运行过程中，杂质会在熔喷滤芯内部孔隙发生架桥现象，使小于空隙的杂质被阻拦住。在过滤器进、出水端管道上安装有压力传感器和现场压力表，当过滤器堵塞当压差超过 0.1 MPa的时候应及时进行更换滤芯。

3.2 高压纳滤

将进料保安过滤后乌洛托品废水经纳滤膜纳滤，为提高纳滤回收率系统组件所用高压纳滤膜数量共32支，操作压力为4.0～6.0 MPa，纳滤膜组件透过液进入反渗透膜组件，纳滤膜纳孔径为1～2 nm截留分子质量为140的乌洛托品分子。

3.3 浓缩液及透过液回用

经高压纳滤浓缩后，将纳滤膜组件截留液进行乌洛托品含量检测，判定浓缩液回用至乌洛托品生产车间或进行二次浓缩。产生的透过液进行回用或进入厂区软水公用工程系统。

3.4 膜的冲洗及化学清洗

本系统采用批次清洗设计，设置专门的清洗泵、清洗管路。

3.4.1 化学清洗

为保持纳滤膜组件的回收效率，纳滤膜应定期进行清洗恢复性能。清洗剂分酸性AP310清洗剂和碱性CP120清洗剂两种型号，碱性清洗剂的主要作用是清除纳滤膜污染的有机物，酸性清洗剂的主要作用是清除纳滤膜中污染的无机物，见表2。在清洗膜组清洗液在系统内进行强制循环，以除去过滤在膜上的污染物质，清洗后的液体排入厂内污水系统进行处理。清洗可根据实际情况设定清洗执行时间，一般为 2 h。系统操作面板设定参数实现PLC自动控制。

表2 化学清洗污染物类型

3.4.2 清洗方案及周期

清洗时间间隔的长短主要取决于进水中的污染物质造成的污染程度。在相同进水条件下，膜组件进出口压差变大超过设计值或透过液流量减少10%～15%时应进行清洗。根据本项目水质条件及我们的运行经验，清洗方案及周期如表3。

表3 清洗方案及周期

4 纳滤设备自控系统

纳滤膜脱除回收率受输送压力、废液温度、废液浓度、流量等因素影响。为提高系统运行的高回收率及自动化程度，采用PLC自动控制。现场主要传感器采集的数据信号均被送往 PLC 控制器。

4.1 在线温度传感器

系统通过设置在进料、浓缩液管路上进行温度在线检测，并将检测值送PLC控制系统。控制系统通过比较检测值与设定值的差距，判断温度是否在正常范围内，超过设定值时，系统自动报警，超限自动保护性停机。

4.2 在线压力传感器

在进料管路、纳滤膜组件进口及浓缩出料管路上分别安装在线压力传感器，数据送往PLC处理，同时在显示屏上显示，对系统的正常工作压力进行检测和调整，当压力超限时切换至自动保护性停机状态。当来自生产解析塔废水输送压力低时，报警缺水并停机；高压泵出口压力传感器的压力范围超过设定值时系统报警，控制系统会自动调节泵的运行转速，以保持压力恒定；浓缩液出口压力传感器监测浓缩液出口输出管路是否畅通。

4.3 流量检测仪

在设备的进水和产水设置流量检测仪，PLC系统通过操作人员设定的流量值自动调节浓缩出口比例调节阀，从而保证出料浓缩达到预定的浓缩倍数，并根据进水流量值进一步判断处理系统运行的回收效率。

4.4 液位传感器

为保证设备整体安全运行对进出罐的液位进行实时监测，液位传感器分别安装在解析塔废水缓冲槽以及乌洛托品浓缩液回收的母液循环槽上，当液位超出或低于设定值时，PLC系统进入联锁状态自动调整运行或停止。

5 运行成本分析

只针对我公司年产2万t乌洛托品装置实例购买浓缩设备运行进行分析。

5.1 基础数据

表4 基础数据表

5.2 投入后运行数据

图2 废水中乌洛托品含量曲线

图3 浓缩后乌洛托品含量曲线

为了检验浓缩倍数及回收率的效果，定期对排放液和浓缩液进行化验分析，废液浓缩浓度变化主要受乌洛托品解析塔排放液含量的影响，以及膜浓缩效率下降或被清洗后的效率提升后的影响,见图2、3。图中运行半年的数据废水中乌洛托品含量与浓缩后的含量曲线运行曲线基本一致，计算后的浓缩值稳定在11～13倍的区间，试验表明乌洛托品的平均截留率可达到99%以上。

5.3 每日运行成本

高压纳滤处理主体设备总装机功率56.5 kW，因变频控制平均运行负荷45 kW，吨水能耗6.625 kWh/m3(按照进水量163 t/d计算)。

表 5 日运行成本分析表

6 年效益分析

表6 年运行成本分析表

7 结论

乌洛托品生产工艺解析废水可以通过污水处理装置或纳滤膜浓缩装置进行处理,但处理的理念路线完全不同。系统产生的废水以往全部送入污水处理站处理，采用预处理+气浮+厌氧+好氧处理+混凝沉淀工艺，处理后的水达到标准后再利用，这种方法并没有从源头解决残夜造成的环境污染问题。而新型纳滤膜浓缩设备,对乌洛托品有着优异的截留性能，利用装置浓缩分离后的乌洛托品母液回收再利用,既减轻了污水处理成本又为企业增加了效益，可谓一举两得。