廢水深度處理與回用是解決我國水資源短缺的一種有效方法，尤其針對用水量較大的石化企業，反滲透(RO)技術產水水質高和運行穩定等優點已成為廢水回用的主流技術。但是RO必然會產生濃水，其污染物濃度是進水的幾倍，其中含有大量鹽分和難降解有機物，已成為RO技術發展所面臨的瓶頸和難題。RO濃水的排放造成了水資源的極大浪費，因此RO濃水的回收利用具有極大的經濟效益和社會效益，可以代替原水用于其他生產系統，不僅提高廢水重復利用率，還起到了節約水資源和環境保護的目的。
本研究針對山東某石化廠經過生化處理后的污水，該污水已經過了深度處理，其流程為雙介質過濾器+超濾+一級RO，濃水再利用臭氧高級氧化+RO工藝進行處理，處理后的產水回用至超濾產水箱，達到循環、節約用水的目的。連續運行一段時間后，考察處理效果，并分析了系統運行的穩定性和運行成本。
1、濃水處理工藝的可行性
1.1 RO濃水水質
山東省某石化廠生化出水深度處理工藝為生化出水→雙介質過濾器→UF→一級RO。該公司一級RO濃水水質：pH為8.30，堿度為11.05mmol/L，總硬度為325mg/L，濁度為1.6NTU，氯離子為1300mg/L，電導率為5660μS/cm，COD為86mg/L。該RO濃水具有電導率高、COD高的特點，濃水再利用需要進行脫鹽處理，現階段脫鹽主流工藝為RO工藝，但濃水的COD較高，若直接利用RO處理必然會使RO膜迅速污堵，難以連續穩定運行，臭氧氧化可以將難降解的大分子污染物進行開環斷鏈，而且臭氧還能直接將一些有機物氧化為H2O與CO2，從而起到降解有機物的作用，將濃水COD降低，使RO系統連續運行，保證臭氧+RO處理濃水工藝順利進行。
2、處理工藝
2.1 工藝流程
原水為山東某石化廠RO濃水，處理規模為75m3/h，工藝流程見圖1。
由表1可知，現有RO濃水經過臭氧氧化后，再經過濃水RO處理，其產水匯入現有RO產水箱，再經過現有RO處理后進行回用，RO濃水進行回收，達到水資源循環利用、節水的目的。2.2臭氧氧化臭氧氧化單元使用青島國林臭氧設備，功率為8~10kW·h/kg，臭氧產量為15kg/h(質量濃度≥100mg/L)，臭氧系統的投加控制根據接觸池水流量和預先設定的臭氧投加率自動調節臭氧投加量，調節范圍在10%～100%。臭氧接觸池的接觸時間控制為180min，保證臭氧與污水的充分接觸。系統采用微孔曝氣盤投加臭氧，曝氣盤安裝在接觸池池底但高于導流墻的最低位置以避免氣泡被引流到反應池中，在接觸室中，被處理水由上向下流，而臭氧氣體則由下向上反向流以達到最好的接觸效果。反應后的臭氧尾氣通過加熱破壞。臭氧氧化后出水COD<50mg/L。
2.3 濃水反滲透裝置
設置1套處理水量為75m3/h的RO膜，由于進水COD高，選用陶氏品牌的寬流道抗污染反滲透膜，設計回收率為50%，膜平均通量≤11.5L/(m2·h)。每套反滲透配置90根膜組件，放置在15根6芯壓力容器內，按一級一段并聯排列。高壓泵前設置5μm保安過濾器，在進水中添加強化阻垢劑(投加量為5mg/L)、非氧化殺菌劑、鹽酸(pH調節為6.5~6.8)、還原劑(NaHSO3，防止反滲透膜氧化)，分別抑制無機鹽結垢、微生物污染、中和濃水中堿度、中和臭氧緩沖池中未完全釋放的臭氧，進一步抑制結垢傾向，保護反滲透膜。
3、處理效果
3.1 各單元的處理效果
濃水經過臭氧氧化+RO處理后，水質情況見表1。
由表1可知，臭氧氧化對有機物去除效果明顯，COD去除率為53.5%，RO產水對離子去除效果和有機物去除效果均極為顯著，電導率去除率為96.2%、硬度去除率為93.5%、氯離子去除率為86.3%、COD去除率為98.0%、氨氮和濁度基本完全去除，RO產水指標完全滿足RO進水要求。
3.2 有機物的去除效果
系統主要通過臭氧氧化和RO系統進行有機物的去除，由于濃水水質較為復雜，定量定性分析較為困難，為了考察系統對有機物的去除效果，將濃水、臭氧氧化產水、濃水RO產水進行了GC-MS色譜分析，結果見圖2。
由圖2可知，濃水色譜圖峰面積大、單峰峰值高，表明有機物含量高，臭氧處理后，COD從86mg/L降到40mg/L，色譜圖峰面積降低，峰值減弱，因為臭氧氧化作用，可以將有機物斷鏈，故臭氧處理后濃水的色譜圖中夾雜一些雜峰，而RO出水COD為0.8mg/L，其色譜圖與背景離子流色譜圖無明顯差異，表明RO產水中有機物含量很低，可見RO膜對COD具有很好的截留效果。
3.3 運行穩定性分析
3.3.1 RO穩定性分析
RO進水壓力和濃水壓力見圖3。
由圖3可知，RO系統連續運行，為了維持一定的產水量，RO進水壓力和濃水壓力都有所增長，進水壓力從1.05MPa上升到1.25MPa，濃水壓力從0.96MPa上升到1.14MPa。但進水壓力和濃水壓力的壓差基本穩定在0.1MPa左右，說明未出現結垢現象，造成壓力上升的原因可能是因為水中有機物含量稍高造成的，但尚在允許范圍內，不影響設備連續運行，當進水壓力持續上升至1.5MPa后，考慮化學清洗，以恢復膜通量。
3.3.2 經濟性分析
該工程處理濃水量為75m3/h，臭氧發生器功率為150kW，RO系統所用水泵功率為105kW，故電耗為255kW·h，保安過濾器用大通量濾芯按0.5a使用壽命計算，則1a使用6只，RO膜元件按5a使用壽命計算，折舊按5a計算。處理濃水的運行成本見表2。
由表2可見，濃水處理成本約3.09元/t，其中電費及膜更換費用占比例較大，由此可見，保持良好、穩定的運行環境，降低膜的污染程度以及延長膜的使用壽命可以進一步降低成本。
4、結論
通過規模化連續運行表明：針對石化廢水經過一級RO處理后的濃水，利用臭氧+濃水RO處理工藝，系統運行穩定，濃水RO對離子去除效果和有機物去除效果均極為顯著，電導率去除率為96.2%、硬度去除率為93.5%、氯離子去除率為86.3%、COD去除率為98.0%、氨氮和濁度基本完全去除，反滲透產水注入現有處理工藝中的超濾產水箱，整套系統運行費用為3.09元/t。達到了水資源循環利用的目的。(來源：中海油天津化工研究設計院有限公司，中石油吉林石化公司染料廠，天津市規劃和自然資源局津南分局)
