超滤-纳滤双膜工艺在焦化废水深度处理上的应用

超滤-纳滤双膜工艺在焦化废水深度处理上的应用周正1闻晓今1陈景辉1张宁2摘要：由于焦化酚氰废水成分复杂且不稳定，排放量大，难降解，使用常规生化处理方法难达到最佳回用效果，唐山中润煤业化工有限公司采用超滤-纳滤双膜工艺成功对焦化废水进行深度处理，经过一年多的生产实践表明，该工艺运行稳定，工艺出水平均COD指标达到24.54mg/l，平均氨氮指标达到0.39mg/l，对悬浮物，色度的去除率达到100%，系统出水符合工业循环冷却水水质标准，实现了节能减排和水资源的合理利用。关键词：超滤纳滤焦化废水深度处理1前言随着焦化产业结构的升级以及市场竞争秩序的规范，提高废水循环率，减少污水外排，降低新水消耗量已成为当前焦化行业的热点，而深度处理是实现污水零排放和污水回用的最佳选择。超滤-纳滤双膜工艺用于焦化废水深度处理具有出水水质好，回收率高、流程简单、操作方便、占地面积小、投资省、运行成本低的特点。唐山中润煤业化工有限公司经过一年多的生产实践表明，该工艺运行稳定，能够保证出水各项指标达到工业循环冷却水水质标准。2工业设计概述在工业设计上，充分考虑到原水的水质特点及波动状况，根据生产中对回用水水质要求，在中试基础上，对比不同的工艺，最终确定实施工艺为“超滤+纳滤”，工艺流程图如1所示。图1超滤-纳滤双膜工艺流程生化系统调节池砂滤器中间水池自清洗过滤器回用水箱纳滤设备保安过滤器超滤产水池超滤设备回用水浓水反洗反洗反洗超滤-纳滤双膜工艺以A/O生物处理法结合混凝沉淀处理后的焦化废水作为系统的原水，经混凝沉淀后出水先进入调节池，经调解水质和水量后，经提升后进入砂滤器进行过滤，过滤后砂滤出水进入中间水池，中间水池出水经提升泵提升后经过自清洗过滤器进入超滤设备，超滤设备产水进入超滤产水池，超滤产水池出水经提升泵提升进入保安过滤器，保安过滤器出水经高压泵增压后进入纳滤系统，经过纳滤处理系统处理后，出水水质达到工业循环冷却水水质标准。工程设计经过处理后出水达到《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）规定的工业循环冷却水水质标准。工艺主要进、出水水质指标详见表1、2.表1工艺主要进水水质指标Ba2+2项目数值项目数值PH值（无量纲）6.5~9.0氨氮/(mg·L-1)≤20TDS/（mg·L-1)≤2000Cl-/(mg·L-1)≤500总硬度/（mg·L-1)≤200Fe/(mg·L-1)≤0.1SS（mg·L-1)/≤70Mn/(mg·L-1)≤0.1COD/（mg·L-1)≤240BOD5/(mg·L-1)≤10油/（mg·L-1)≤5总磷/(mg·L-1)≤2Ca2+/(mg·L-1)≤25Mg2+/(mg·L-1)≤50总碱度/(mg·L-1)≤700Ba2+/(mg·L-1)≤0.1表2工艺主要出水水质指标项目数值项目数值PH值（无量纲）6.5~9.0Cl-/(mg·L-1)≤250总硬度/（mg·L-1)≤50Fe/(mg·L-1)≤0.05总碱度/(mg·L-1)≤350Mn/(mg·L-1)≤0.05BOD5/(mg·L-1)≤10氨氮/(mg·L-1)≤10COD/（mg·L-1)≤70总磷/(mg·L-1)≤1TDS/（mg·L-1)≤1000粪大肠菌群，个/L≤1000表3处理水质效果月份平均进水COD平均进水氨氮平均出水COD平均出水氨氮平均COD去除率平均氨氮去除率mg/Lmg/Lmg/Lmg/L%%2010.5128.373.0029.780.2863.5085.962010.6127.933.1228.310.2677.8785.962010.7127.933.1228.310.2677.8785.962010.8131.743.1827.060.2479.4685.962010.9131.693.2027.200.2281.5185.962010.10131.863.2026.760.2579.7192.142010.11120.352.4615.630.7087.0271.602010.12138.62.7318.170.6086.9078.202011.1139.792.9619.600.6786.0077.30平均130.923.0024.540.3979.9883.233工艺单元说明3.1砂滤器砂滤器是超滤系统重要保护装置之一，主要去除水中的细小颗粒，悬浮物和胶体等，使其满足超滤进水要求。本系统设置6台直径3200mm的立式砂滤器，正常处理量（200m3/h）时运行4台，备用2台，最大处理量（280m3/h）时运行5台，备用1台。3.2超滤系统3.2.1功能说明超滤系统包括自清洗过滤器、过滤膜组件及超滤反洗水泵。超滤装置前设置3台并联的自清洗过滤器，主要作用是对超滤膜进行保护，防止前端过滤器泄露的大颗粒物体划伤超滤膜元件。超滤系统的核心装置是采用的中空纤维外压式超滤膜，机械强度高，抗污染性强，水通量大。其主要作用是截留大分子有机物，胶体、蛋白质、部分菌类等，保护后面的纳滤装置。具有出水水质很稳定，抗冲击能力大，不脱盐，但可以去除掉大分子有机物，回收率高等优点。超滤膜截留下来的物质将附着在膜表面，使膜通量降低。采取反冲洗措施并配合随后的快冲程序可以有效地去除膜表面的附着污物。3.2.2设备构造与处理量自清洗过滤器单台处理能力为150m3/h，超滤装置设计出水为3×100m3/h，超滤膜过滤孔径为0.1mm，采用日本旭化成UNA-620A型膜元件，每套配置50支膜元件，每套配置50支膜元件，共150支。超滤装置水的回收率不小于90%，正常处理量(200m3/h)时运行2台，备用1台，最大处理量(280m3/h)时3台全部投入运行。3.3纳滤系统3.3.1功能说明纳滤系统包括保安过滤器，纳滤装置，纳滤冲洗水泵和纳滤浓水处理装置。保安过滤器的作用对纳滤膜进行保护，防止纳滤系统因来水波动而受到冲击。考虑采用纳滤设备主要原因如下：一是因为其工作压力低，这样可以节能，只有水，小分子有机物和一价离子能够通过，它脱盐率只有50%，但可以去除掉约90%的有机物；二是考虑如果使用反渗透，那么整体回收率只有75%左右，使纳滤整体的回收率能达到85%以上。系统设置了纳滤冲洗泵，其作用是用纳滤的产水置换纳滤膜中停机后滞留的浓水，防止浓水侧亚稳态的结垢物质出现结垢，以保护纳滤膜。为了节约水资源，充分利用原水，提高系统的回收率，减少纳滤系统浓水排放，本系统中设置了纳滤浓水处理系统，对3套纳滤装置所排放的浓水进一步处理。3.3.2设备构造与处理量纳滤装置为3×95m3/h，回收率为90%，每套纳滤系统设有132支，共396支美国GE公司DK8040F钠滤膜元件，每套纳滤按一级三段8:5:9排列。正常处理量(200m3/h)时运行2台，备用1台。最大处理量(280m3/h)时3台全部投入运行。本系统中设置一台共用的冲洗水泵，其处理为100m3/h，扬程0.35MPa。纳滤浓水处理系统的设计处理能力为14m3/h，系统回收率按50%，设有30支美国GE公司DK8040F钠滤膜元件，分别安装在5支膜壳中。4超滤-纳滤双膜工艺处理水质效果用超滤-纳滤双膜工艺对焦化酚氰废水进行深度处理，系统连续一年运行稳定，处理水质效果见表3.超滤和反渗透系统对COD去除效率平均达到79.98%,氨氮去除率达到83.23%，系统出水中未检测出悬浮物和色度，去除率达到100%。采用超滤-纳滤双膜工艺对焦化酚氰废水进行深度处理，工艺出水平均COD指标达到24.54mg/L，平均氨氮指标达到0.39mg/L，满足达到《污水再生利用工程设计规范.(GB50335-2002)规定的工业循环冷却水水质指标。5经济效益分析如果水不处理直接排放到污水处理，每吨污水要付费4元，而现在深度处理每吨水的费用不到3元钱再加上设备折旧约1元/吨，而目前使用1吨自来水约为4元，现在循环使用又是一次节约。按项目规模5000吨/天水算，一年700多万元。按现在的情况，膜的情况好于预期，将超过预期3年使用寿命，费用还能节省跟多。6结论作为采用超滤-纳滤双膜法深度处理焦化酚氰废水唯一一个连续稳定运行的国内项目，该工艺出水平均COD指标达到24.54mg/L以下，平均氨氮指标达到0.39mg/L以下，满足达到《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）规定的工业循环冷却水水质标准。对悬浮物、色度达到100%；可循环使用同时节约了新鲜生产水用量；与A/O生化处理工艺相结合，把浓水回到生化处理，进而实现真正意义上的零排放；也可以解决干熄焦炭后污水处理问题，实现节能排放和水资源的合理利用。此外，污水深度处理项目采用国内先进的DCS集散控制系统，还具有自动化程度高，劳动强度低的特点。（作者单位：1.中润煤业化工有限公司，2.唐山市产品质量监督检验所）