鐵碳微電解／膜生物反應(yīng)器工藝在煤制油廢水處理中的應(yīng)用

郭冀峰，付少杰，黃宇華，張承銘，崔倩倩

（長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院旱區(qū)水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054）

鐵碳微電解／膜生物反應(yīng)器工藝在煤制油廢水處理中的應(yīng)用

郭冀峰，付少杰，黃宇華，張承銘，崔倩倩

（長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院旱區(qū)水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054）

在盡量利用原有水處理設(shè)施前提下，以鐵碳微電解／膜生物反應(yīng)器工藝對(duì)煤制油廢水進(jìn)行了中試，規(guī)模為5 m3／h。中試結(jié)果表明，鐵碳微電解可以將廢水中難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化，提高廢水可生化性，經(jīng)膜生物反應(yīng)器處理后出水水質(zhì)可達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。噸水處理費(fèi)用為1.95元，工程實(shí)踐表明，本工藝在煤制油廢水應(yīng)用方面有良好的應(yīng)用前景。

煤制油廢水；鐵碳微電解；膜生物反應(yīng)器

陜西省是我國(guó)能源大省，陜北地區(qū)富含煤、石油、天然氣等資源。近年來(lái)隨著資源不斷開(kāi)發(fā)，在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，環(huán)境問(wèn)題逐漸提上了日程。

陜北某煉油廠主營(yíng)石油煉化業(yè)務(wù)，產(chǎn)品主要有汽油、柴油、石腦油、丙烯原料氣等。2014年以后，隨著該廠生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和原材料供應(yīng)發(fā)生改變，工藝升級(jí)為煤制油系統(tǒng)，從而導(dǎo)致廢水水質(zhì)發(fā)生改變，組分變得更加復(fù)雜，除含有氨氮、硫化物外，同時(shí)還增加了吲哚、喹啉等單環(huán)或多環(huán)芳香族化合物，導(dǎo)致現(xiàn)有廢水處理工藝不能使廢水達(dá)標(biāo)排放。針對(duì)該情況，對(duì)廢水處理工藝的現(xiàn)狀及問(wèn)題進(jìn)行了分析，因地制宜，盡量利用現(xiàn)有設(shè)施，提出了以鐵碳微電解／膜生物反應(yīng)器為核心的改造工藝，并進(jìn)行了中試。結(jié)果表明，出水水質(zhì)達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 原工藝及水質(zhì)情況

1.1 原工藝情況

該廠與我國(guó)大多數(shù)石油煉化廠一樣，廢水處理工藝為老三套工藝即：隔油－氣浮－生化工藝［1］，出水基本上能夠達(dá)標(biāo)排放。但是在原水水質(zhì)發(fā)生變化后，出水水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。該廠原廢水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

1.2 原處理情況

原工藝處理出水水質(zhì)情況見(jiàn)表1。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Process flow of wastewater treatment

表1 原水及原構(gòu)筑物出水水質(zhì)情況Tab.1 Quality of raw water and effluent water from original treatment units

2 原工藝存在問(wèn)題及解決方案

2.1 存在問(wèn)題

（1）混凝氣浮部分不能發(fā)揮主要功能。由于原水水質(zhì)發(fā)生了變化，變成以含焦油等多種芳香烴為主的溶解性難降解有機(jī)物，原水CODCr的質(zhì)量濃度為2 500～3 100 mg／L，BOD5濃度較低，m（BOD5）／m（CODCr）值為0.1左右，不利于生化系統(tǒng)的處理。

（2）氣浮前所加混凝劑PAC對(duì)水質(zhì)去除效果不理想，CODCr去除率僅為8%，而據(jù)了解在生產(chǎn)工藝升級(jí)之前氣浮單元CODCr的去除率為50%，而B(niǎo)OD5濃度不變。這樣導(dǎo)致氣浮沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有作用，從而使得后續(xù)生化系統(tǒng)的運(yùn)行不正常。從表1可以看出，出水CODCr濃度不能達(dá)標(biāo)。

（3）二沉池不能實(shí)現(xiàn)主要功能。由于該廠廢水處理工藝運(yùn)行年久，雖然每年都有大檢修，但是，鑒于所處理廢水水質(zhì)變化大，生化系統(tǒng)承受壓力較大，導(dǎo)致活性污泥膨脹、松散等，經(jīng)過(guò)二沉池沉淀后，出水中SS濃度仍較高，不能達(dá)標(biāo)排放。

2.2 解決方案

（1）針對(duì)氣浮中混凝藥劑效果較低的問(wèn)題，提出采用鐵碳微電解工藝預(yù)處理隔油后廢水。鐵碳微電解工藝是在酸性條件下，利用鐵和碳之間的電極電位差形成微原電池，從而可以使廢水中污染物質(zhì)去除的工藝［2－4］。該廠廢水的pH值為4～5，非常適合鐵碳微電解工藝的運(yùn)行。而且該廠附近有鐵廠，可以提供較多的廢舊鐵屑，節(jié)省了運(yùn)輸成本。經(jīng)鐵碳微電解后的廢水調(diào)節(jié)pH值為8左右，可形成Fe（OH）2自行混凝，再經(jīng)過(guò)氣浮裝置，這樣既可提高對(duì)CODCr的去除率，又可提高廢水的可生化性，同時(shí)節(jié)省了混凝藥劑的成本。

（2）針對(duì)二沉池出水中SS較多的現(xiàn)象，提出采用MBR工藝解決問(wèn)題。MBR工藝是一種將膜組件與活性污泥法相結(jié)合的工藝［5－7］，近年來(lái)不斷地應(yīng)用于污水處理廠的升級(jí)改造中，對(duì)SS的去除有很好的作用，同時(shí)可以改善出水水質(zhì)，節(jié)省二沉池的占地面積。在生化反應(yīng)池末端增加膜組件形成MBR工藝，由于該廠曝氣風(fēng)機(jī)風(fēng)量足夠，不需要另行增加曝氣裝置。

（3）由于水處理車間占地面積較小，各工藝構(gòu)筑物距離不遠(yuǎn)，可利用節(jié)省的二沉池占地的一部分，作為鐵碳微電解反應(yīng)池的用地。

3 中試試驗(yàn)

在廢水處理車間內(nèi)進(jìn)行了處理規(guī)模為5 m3／h的中試試驗(yàn)。試驗(yàn)的工藝流程和主要構(gòu)筑物如下：

3.1 工藝流程

中試廢水處理工藝流程見(jiàn)圖2。

中試用水取自調(diào)節(jié)罐出水，即隔油池出水后的水，此時(shí)廢水的pH值仍為4～5，呈酸性，正好適合于鐵碳微電解，經(jīng)鐵碳微電解工藝處理后，廢水的可生化性得以較大的提高。進(jìn)入脫氨裝置，調(diào)節(jié)廢水pH值為堿性，此時(shí)由于前期鐵碳微電解對(duì)酸性的中和，可節(jié)約大量堿，從而節(jié)省成本。經(jīng)脫氨后的水進(jìn)入混凝氣浮池，由于Fe（OH）2和Fe（OH）3的絮凝作用，去除廢水中的CODCr，同時(shí)可以省掉大量的絮凝劑，從而節(jié)省成本。經(jīng)氣浮出水進(jìn)入生化系統(tǒng)，生化系統(tǒng)由一級(jí)生化池和MBR池組成，起到把關(guān)的作用。

圖2 中試廢水處理工藝流程Fig.2 Process flow of pilot scale test on wastewater treatment

3.2 主要構(gòu)筑物

（1）鐵碳微電解池。尺寸為Φ 2.0 m×3.5 m，V＝10 m3，HRT＝2 h。鋼板材質(zhì)，內(nèi)襯PVC防腐，填充鑄鐵屑8 t。

（2）脫氨塔。尺寸為Φ 3.0 m×4.5 m，V＝30 m3，HRT＝6 h。采用玻璃鋼制造，內(nèi)部填充纖維填料1套，設(shè)離心風(fēng)機(jī)2臺(tái)（1用1備）。

（3）氣浮裝置。鋼制溶氣氣浮機(jī)，處理能力為5 m3／h，成套設(shè)備。

（4）一級(jí)生化反應(yīng)池。尺寸為2.5 m×6.0 m× 2.5 m，V＝30 m3，HRT＝6 h。鋼制，設(shè)離心風(fēng)機(jī)2臺(tái)（1用1備）。

（5）MBR池。尺寸為2.5m×6.0m×2.5m，V＝30 m3，HRT＝6 h。鋼制，設(shè)MBR膜片（MBR－20）40片，自吸泵2臺(tái)（1用1備），反洗泵1臺(tái)。

3.3 出水水質(zhì)

中試出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 中試出水水質(zhì)情況Tab.2 Effluent water quality of pilot scale test

3.4 經(jīng)濟(jì)分析

（1）投資費(fèi)用。MBR系統(tǒng)15萬(wàn)元，鐵碳微電解系統(tǒng)1萬(wàn)元。

（2）運(yùn)行費(fèi)用。中試期間水處理費(fèi)用為：藥劑費(fèi)（含加堿脫氨、膜清洗藥劑、鐵屑填料）0.29元／m3，電耗（潛污泵、自吸泵、風(fēng)機(jī)）1.40元／m3，水耗0.06元／m3，人工費(fèi)0.20元／m3。噸水處理費(fèi)用為1.95元。

同時(shí)，由于藥劑費(fèi)中省去了PAC的費(fèi)用，而且車間曝氣裝置風(fēng)量足夠，不需要另行增加曝氣裝置，可以節(jié)省較大費(fèi)用。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）經(jīng)過(guò)中試試驗(yàn)，證明了所采用工藝切實(shí)可行，出水水質(zhì)達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。在鐵碳微電解的作用下，該工藝對(duì)含難降解污染物質(zhì)的廢水可生化性的提高有很好的效果。由于膜的作用，該工藝對(duì)SS等水質(zhì)指標(biāo)有明顯的改善。為后續(xù)廢水的回用提供了很好的原水。

（2）中試試驗(yàn)中的廢水處理成本為1.95元／t。

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Application of Fe/C micro-electrolysis-MBR process in treatment of wastewater from coal liquefaction

GUO Ji－feng，F(xiàn)U Shao－jie，HUANG Yu－h(huán)ua，ZHANG Cheng－ming，CUI Qian－qian
（Key Laboratory of Subsurface Hydrology and Ecology in Arid Area,Ministry of Education,School of Environmental Science and Engineering,Chang′an University,Xi′an 710054,China）

A pilot scale（5 m3／h）test on Fe/C micro-electrolysis-MBR process treating coal liquefaction wastewater was carried out in the premise of full use of the existing water treatment facilities.The operating results showed that,F/C micro-electrolysis could transform non-degradable pollutants to degradable substances and then,improve biodegradability.The quality of the effluent water from MBR met the specification for grade 1 in GB 8978—1996 Integrated Wastewater Discharge Standard.The cost of wastewater treatment was 1.95 yuan/t.The engineering practice showed that,the said process had a good application prospect in coal liquefaction wastewater treatment.

coal liquefaction wastewater; Fe/C micro-electrolysis; MBR

X703.1

A

1009－2455（2016）01－0036－03

陜西省自然科學(xué)基金(2014JM7256)；陜西省建設(shè)廳科技項(xiàng)目(2014-K28)；長(zhǎng)安大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃(201510710073)；交通運(yùn)輸部科技項(xiàng)目(2012318361110)

郭冀峰（1977－），男，山西高平人，副教授，博士，主要從事污水處理理論和技術(shù)研究，（電話）029-82334566（電子信箱）guojifeng@chd.edu.cn。

2015-09-02（修回稿）