雙膜法與樹脂吸附組合工藝在焦化廢水深度處理上的應(yīng)用

董明

（中冶焦耐工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116000）

雙膜法與樹脂吸附組合工藝在焦化廢水深度處理上的應(yīng)用

董明

（中冶焦耐工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116000）

經(jīng)過AAO脫氮處理后的焦化廢水仍然含有較高濃度的懸浮物、CODCr、NH3－N、Cl－、溶解性固體等，采用超濾－樹脂吸附－反滲透組合工藝處理該廢水，不僅使出水水質(zhì)達(dá)到GB 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》中的回用水標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且能夠較好地解決單一雙膜法膜元件易污堵、清洗頻繁的問題。介紹了處理工藝的流程及其選擇說明，給出了主要建筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)及經(jīng)濟(jì)分析，該工藝處理成本約為5.98元／m3。

焦化廢水；深度處理；回用；雙膜法；樹脂吸附

焦化廢水一直以來因其水質(zhì)組分復(fù)雜、毒性大、水質(zhì)波動(dòng)大，成為難處理的工業(yè)廢水之一。2012年10月1日正式實(shí)施的GB 16171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》不但提高了多種污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，而且降低了單位產(chǎn)品的允許排水量。這就要求生化后的焦化廢水還要采用深度處理工藝進(jìn)行處理，提高廢水回用率，減少排放水量。

1 工程概況

某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化分廠年產(chǎn)焦炭120萬t，焦?fàn)t煤氣33 600萬m3。生產(chǎn)廢水主要由煉焦車間、煤氣凈化車間產(chǎn)生的工業(yè)廢水和部分生活污水組成，廢水中的主要污染物是CODCr、NH3－N、酚、氰化物等。生產(chǎn)廢水經(jīng)過AAO脫氮處理工藝及后續(xù)的雙膜法與樹脂吸附組合工藝處理后，出水回用作循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，膜系統(tǒng)濃水送鋼鐵聯(lián)合企業(yè)綜合水處理廠進(jìn)行處理。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)、出水水質(zhì)

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

本工程項(xiàng)目廢水深度處理設(shè)計(jì)規(guī)模為2 400 m3／d。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

本工程的進(jìn)水為經(jīng)過AAO脫氮處理的焦化廢水和生活污水，出水回用作循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，出水水質(zhì)要求達(dá)到GB 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》中的再生水水質(zhì)要求，具體的進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.1 Design influent and effluent water quality

3 處理工藝

3.1 處理工藝的確定

由表1可知，廢水深度處理主要去除廢水中的懸浮物、CODCr、Cl－、NH3－N、溶解性總固體等。對(duì)于上述幾種污染物，總?cè)芙庑怨腆w的去除，目前有效的處理方法主要有蒸餾法、離子交換法、電滲析法、反滲透法等幾種［1］，其中蒸餾法的投資及運(yùn)行成本都極其高昂；電滲析技術(shù)在廢水處理回用上還處在評(píng)價(jià)階段，尚無工程實(shí)例應(yīng)用；而單獨(dú)的離子交換工藝處理含有較多懸浮物、有機(jī)污染物的焦化廢水也易造成堵塞、樹脂結(jié)塊等問題；因此反滲透法成為焦化廢水深度處理的首選工藝。

雖然傳統(tǒng)的雙膜法（超濾-反滲透）工藝在凈水處理上從20世紀(jì)80年代已開始推廣應(yīng)用［2-3］，不過在焦化廢水處理上采用雙膜法工藝仍是近幾年的事情［4-7］。一些采用雙膜法工藝的廢水回用系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中不同程度地出現(xiàn)了超濾、反滲透系統(tǒng)污堵快、清洗頻繁的現(xiàn)象［8-9］。有研究表明超濾膜對(duì)于CODCr的攔截能力有限，只有不到25%的CODCr能被超濾膜攔截［10］，其余大部分CODCr均穿過超濾膜進(jìn)入反滲透裝置，從而造成反滲透膜元件的污堵。

為了確保整個(gè)雙膜法系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，需要在反滲透裝置前設(shè)置專門的CODCr脫除設(shè)施。通過對(duì)交換樹脂產(chǎn)品進(jìn)行篩選，含季銨官能團(tuán)的苯乙烯強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂具有對(duì)焦化廢水CODCr的高吸附能力（靜態(tài)吸附的CODCr去除率大于80%）、優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的抗鹽抗污染能力，以及對(duì)CODCr快速吸附和快速清洗分離的特性。因此，廢水深度處理最終確定以超濾-樹脂吸附-反滲透為核心的處理工藝。

3.2 處理工藝流程

裝置的進(jìn)水是生化處理站二沉池的出水，在混合、反應(yīng)澄清池中去除水中大部分的硬度、堿度、懸浮物、膠體、濁度后，經(jīng)水泵提升依次進(jìn)入多介質(zhì)過濾器和超濾單元進(jìn)行過濾，在這里大分子有機(jī)物、懸浮物、膠體和細(xì)菌等被截留。超濾產(chǎn)水進(jìn)入超濾水池，經(jīng)提升進(jìn)入樹脂吸附單元，在這里利用樹脂吸附廢水中難降解的有機(jī)物、降低廢水色度后進(jìn)入中間水池。然后由水泵提升經(jīng)保安過濾器、高壓泵進(jìn)入原水反滲透單元，去除95%以上的溶解固體等。原水反滲透產(chǎn)水進(jìn)入產(chǎn)品水池。為提高系統(tǒng)回收率，原水反滲透濃水進(jìn)入濃水緩沖水箱，由濃水反滲透單元再回收一部分原水反滲透濃水。濃水反滲透的產(chǎn)水進(jìn)入產(chǎn)品水池，與原水反滲透的產(chǎn)水混合后外供至廠內(nèi)各用水點(diǎn)。雙膜法主體處理工藝流程如圖1所示。

圖1 雙膜法主體處理工藝流程Fig.1 Main flow of double membrane process

由于在樹脂再生過程中使用了大量的酸、堿、鹽，若直接排放不但對(duì)環(huán)境造成污染，還會(huì)提高深度處理的運(yùn)行成本，因此單獨(dú)設(shè)置1套廢鹽回收系統(tǒng)。溫度50℃左右的樹脂再生廢液用水泵提升后，經(jīng)板式換熱器降溫、保安過濾器、高壓泵進(jìn)入納濾裝置，其產(chǎn)水送往鹽堿計(jì)量箱或鹽池，濃水回再生廢液池循環(huán)處理。一部分濃縮后的廢液送中和池調(diào)整pH值后，送往全廠綜合水處理進(jìn)一步處理。

4 主要處理單元及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）混合池。平面尺寸為2.0 m×2.0 m，有效水深為1.4 m，混合時(shí)間為200 s。設(shè)混合攪拌機(jī)1臺(tái)，功率為1.5 kW。

（2）反應(yīng)池。分2格，單格平面尺寸為2.8 m× 2.8 m，有效水深為3.3 m，水力停留時(shí)間為18 min。設(shè)反應(yīng)攪拌機(jī)2臺(tái)，功率為1.5 kW。

（3）澄清池。分2格，單格平面尺寸為4.0 m× 4.0 m，池邊水深為5.0 m，表面負(fù)荷為5.3 m3／（m2· h）。設(shè)中心傳動(dòng)刮泥機(jī)2臺(tái)，功率為0.55kW；循環(huán)污泥泵4臺(tái)，流量為5 m3／h，揚(yáng)程為20 m，污泥排放泵3臺(tái)，流量為5 m3／h，揚(yáng)程為40 m。

（4）過濾單元。含多介質(zhì)過濾器3臺(tái)，直徑為3200mm，無煙煤濾料高度為400m，石英砂濾料高度為800 mm，濾速為5 m／h，強(qiáng)制濾速為7.5 m／h。設(shè)清水泵2臺(tái)，流量為150 m3／h，揚(yáng)程為35 m；過濾器反洗泵2臺(tái)，流量為240 m3／h，揚(yáng)程為18 m；反洗風(fēng)機(jī)2臺(tái)，流量為6m3／min，風(fēng)壓為58.8kPa。

（5）超濾單元。含超濾裝置3套，每套含12 支SFP2880型外壓式中空纖維膜及連接管路、閥門、測(cè)量?jī)x表，設(shè)計(jì)通量為40 L／（m2·h），回收率不小于90%。設(shè)超濾反洗泵3臺(tái)，流量為100 m3／h，揚(yáng)程為20 m。

（6）樹脂吸附單元。含樹脂吸附器3臺(tái)，直徑為1 800 mm，Ambersep WR64樹脂高度為3 700 m，濾速為21.5 m／h。設(shè)吸附器進(jìn)水泵2臺(tái)，流量為110 m3／h，揚(yáng)程為25 m；反洗泵2臺(tái)，流量為30 m3／h，揚(yáng)程為25 m；沖洗泵2臺(tái)，流量為20 m3／h，揚(yáng)程為30 m。

（7）反滲透單元。原水反滲透裝置2套，每套含54支BW30FR－400／34i型卷式膜元件及連接管路、閥門、測(cè)量?jī)x表，兩段6∶3排列方式，設(shè)段間增壓，設(shè)計(jì)通量為17.5 L／（m2·h），回收率不小于70%。設(shè)原水反滲透給水泵3臺(tái)，流量為50 m3／h，揚(yáng)程為30 m；原水反滲透高壓泵2臺(tái)，流量為50 m3／h，揚(yáng)程為150 m；段間泵2臺(tái)，流量為30 m3／h，揚(yáng)程為35 m；反滲透沖洗泵1臺(tái)，流量為60 m3／h，揚(yáng)程為30 m。

濃水反滲透裝置2套，每套含12支XFRLE－ 400／34i型卷式膜元件及連接管路、閥門、測(cè)量?jī)x表，一段兩支排列方式，設(shè)計(jì)通量為12.4 L／（m2· h），回收率不小于38%。設(shè)濃水反滲透給水泵3臺(tái)，流量為15 m3／h，揚(yáng)程為30 m；濃水反滲透高壓泵2臺(tái)，流量為22.5 m3／h，揚(yáng)程為180 m。

（8）樹脂再生單元。含酸計(jì)量箱2只，有效容積為10 m3；每箱配攪拌機(jī)1臺(tái)，功率為1.5 kW；設(shè)酸再生水泵2臺(tái)，流量為5 m3／h，揚(yáng)程為30 m；鹽堿計(jì)量箱1臺(tái)，有效容積為25 m3；配攪拌機(jī)1臺(tái)，功率為3.0 kW；設(shè)鹽堿再生水泵2臺(tái)，流量為5 m3／h，揚(yáng)程為30 m。

（9）廢鹽回收單元。納濾裝置1套，每套含18支卷式納濾膜元件及連接管路、閥門、測(cè)量?jī)x表，一段三支排列方式，設(shè)再生廢液泵2臺(tái)，流量為45 m3／h，揚(yáng)程為30 m；納濾高壓泵2臺(tái)，流量為45 m3／h，揚(yáng)程為80 m。

5 工程運(yùn)行效果

本工程調(diào)試成功后，深度處理系統(tǒng)的進(jìn)出水CODCr濃度、濁度、電導(dǎo)率的測(cè)定結(jié)果如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 各單元進(jìn)、出水CODCr濃度Fig.2 Mass concentrations of CODCrof influent and effluent water of each treatment unit

圖3 各單元進(jìn)、出水濁度Fig.3 Turbidity of influent and effluent water of each treatment unit

圖4 各單元進(jìn)、出水電導(dǎo)率Fig.4 Electric conductivity of influent and effluent water of each treatment unit

從圖2～圖4可知，當(dāng)進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度為70～140 mg／L時(shí)，經(jīng)過超濾和樹脂吸附器處理后分別有30%和40%左右的去除率，使反滲透進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度降低至20～40mg／L，減少了反滲透裝置污堵的風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)水的電導(dǎo)率在3 100～4 800 μS／cm時(shí)，經(jīng)過混合反應(yīng)澄清及超濾處理后，去除率約為20%，再經(jīng)過原水反滲透、濃水反滲透處理，分別有99%和95%左右的脫鹽率。系統(tǒng)出水達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水的水質(zhì)要求。

6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

工程總投資約為3 000萬元，處理成本約為5.98元／t。

7 結(jié)語(yǔ)

采用雙膜法與樹脂吸附組合工藝處理焦化廢水，較好地解決了單一雙膜法處理焦化廢水易污堵、清洗頻繁的問題，出水水質(zhì)達(dá)到GB 50050—2007的相關(guān)要求后回用到循環(huán)水系統(tǒng)中，可節(jié)省焦化廠的新水用量、減少?gòu)U水的外排量。該項(xiàng)目濃縮液送鋼鐵公司綜合水處理一并處置，達(dá)到了“零排放”的目的。

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Application of combined process of double membrane and resin adsorption in advanced treatment of coking wastewater

DONG Ming
（Coking and Refractory Engineering Consulting Corporation,MCC,Dalian 116000,China）

As the coking wastewater which has been treated by AAO process still contains high concentrations of CODCr,NH3-N,Cl-,dissolved solids and so on,a combined process of ultrafiltration-resin adsorption-reverse osmosis was used for its treatment,the results showed that,the effluent water quality could meet the requirement for reuse water specified in GB 50050—2007 Code for Design of Industrial Recirculating Cooling Water Treatment,moreover,the problem of double membrane process represented by membrane parts pollution and plugging which requires frequent cleaning could be solved effectively.The flow of the said combined process as well as the explanation for the selection were introduced,besides,the design parameters of the main structures and the economic analysis thereof were pointed out.It could be seen that,the treatment cost of the said process was about 5.98 yuan/m3.

coking wastewater; advanced treatment; reuse; double membrane process; resin adsorption

X703.1；X784

B

1009－2455（2016）01－0055－04

董明（1974－），男，遼寧鞍山人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，主要從事焦化廢水處理設(shè)計(jì)與研究，（電話）0411-82461086（電子信箱）dongming＠acre.com.cn。

2015-12-06（修回稿）