高效集成水處理系統(tǒng)在煤化工廢水深度處理中的應(yīng)用研究

周麗霞，董瑞光，易漢平，吳 珍，2 ，李繼定

（1.鄂爾多斯市紫荊創(chuàng)新研究院，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2.鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，化學(xué)工程系，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程也在不斷加快。近年來(lái)，以煤為原料的煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其中規(guī)模較大的有煤制油、煤制氣以及煤焦化等[1-2]。由于煤化工行業(yè)采取的工藝不同，其產(chǎn)生的廢水種類也有一定差異[3-4]。目前，煤化工行業(yè)采用的主要處理工藝為：酚氨回收+脫油除濁+生化處理+絮凝沉淀。由于煤化工廢水中的污染物成分復(fù)雜，處理難度大，經(jīng)以上工藝處理后仍然很難達(dá)到國(guó)家排放或回用標(biāo)準(zhǔn)[5-6]，因此，需要研究經(jīng)濟(jì)而有效的深度處理技術(shù)，既能幫助企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，又能達(dá)到保護(hù)水資源的目的。

高效集成凈水系統(tǒng)（High Effect Integrated Technology，簡(jiǎn)稱HEIT）是從過(guò)濾材料和孔道結(jié)構(gòu)研究入手，根據(jù)不同的原水水質(zhì)和吸附脫附平衡原理、荷葉效應(yīng)和仿生學(xué)原理，結(jié)合流體力學(xué)模擬（CFD）成果，構(gòu)筑和設(shè)計(jì)了強(qiáng)大的抗污染系統(tǒng)，克服了石英砂過(guò)濾板結(jié)問(wèn)題，避開了微濾、超濾、過(guò)濾采用的化學(xué)清洗。因此，此系統(tǒng)非常適用于污水預(yù)處理以及混凝沉淀后的深度處理。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

高效集成水處理系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備采用雙罐串聯(lián)的運(yùn)行方式，測(cè)試原水為二沉池出水。運(yùn)行過(guò)程中：每天8:00～17:00之間，間隔約60 min記錄一次設(shè)備產(chǎn)水量以及在線濁度儀檢測(cè)的濁度值；夜間，此系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 設(shè)備進(jìn)、出水濁度測(cè)試

煤液化廢水經(jīng)生化及絮凝沉淀處理后，會(huì)有少量肉眼可見的懸浮固體顆粒，顏色呈黃褐色，但經(jīng)HEIT設(shè)備處理后的出水無(wú)肉眼可見的懸浮顆粒，其透明度得到提高且顏色明顯變淺。HEIT測(cè)試設(shè)備進(jìn)、出水濁度的檢測(cè)結(jié)果如圖1所示：

圖1 測(cè)試設(shè)備進(jìn)、出水濁度檢測(cè)值

從圖1可以看出，經(jīng)生化及絮凝沉淀處理后的出水（測(cè)試設(shè)備進(jìn)水原水）水質(zhì)波動(dòng)較大，濁度儀檢測(cè)值在2.51～27.18 NTU不等，分析原因可能是由于生產(chǎn)排放原水的水質(zhì)不穩(wěn)定、絮凝沉淀池排泥攪動(dòng)等因素引起的。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得知，HEIT測(cè)試設(shè)備的平均進(jìn)水濁度為10.38 NTU；產(chǎn)水濁度最低為1.1 NTU，最高為10 NTU，在線濁度儀檢測(cè)的平均產(chǎn)水濁度為4.527 NTU；最高濁度去除率為77.0%，最低濁度去除率為33.33%，平均濁度去除率約為55.15%。

由于濁度儀檢測(cè)值均利用的是光散射或透射光強(qiáng)衰減原理，測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，水樣呈現(xiàn)的微黃色對(duì)檢測(cè)值有一定影響。為了消除色度對(duì)濁度檢測(cè)的干擾，采用活性炭對(duì)設(shè)備產(chǎn)水進(jìn)行了脫色處理。活性炭脫色是利用其吸附原理，使水中溶解性的致色物質(zhì)因被活性炭吸附而去除，對(duì)水中的致濁物質(zhì)基本不產(chǎn)生影響。脫色后水樣感官上看清澈透明，無(wú)明顯顏色。其中，對(duì)濁度值為3.1 NTU的設(shè)備產(chǎn)水，采用活性炭脫色后濁度值為1.5 NTU。

例如，煤制油公司質(zhì)檢部門檢測(cè)的原水濁度為35.8 mg/L，脫色后的濁度為3.6 mg/L。通過(guò)脫色測(cè)試可以看出，色度對(duì)濁度的檢測(cè)值存在較大干擾。脫色前檢測(cè)的濁度值比實(shí)際值增加了約2倍，而脫色前分光光度法檢測(cè)的濁度值比實(shí)際值增加了近10倍。因此，消除色度的影響后，HEIT設(shè)備產(chǎn)水濁度修正為最低0.55 NTU，最高5 NTU，平均產(chǎn)水濁度為2.264 NTU。

2.2 設(shè)備處理流量測(cè)試

由于生化出水水質(zhì)波動(dòng)較大，且生產(chǎn)廢水經(jīng)微生物生化作用及聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺等絮凝藥劑的加入，水中可能含有粘結(jié)性較強(qiáng)的膠體，因此，HEIT測(cè)試設(shè)備采用相對(duì)低速運(yùn)行，設(shè)計(jì)運(yùn)行流速30 m/h，設(shè)計(jì)額定處理水量45 m3/h。

HEIT測(cè)試設(shè)備流量測(cè)試結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，在原水水質(zhì)大幅波動(dòng)情況下，設(shè)備出水流量隨原水水質(zhì)變化在45 m3/h附近有少許波動(dòng)；原水水質(zhì)基本穩(wěn)定時(shí)，設(shè)備產(chǎn)水流量穩(wěn)定維持在50 m3/h。統(tǒng)計(jì)實(shí)際平均產(chǎn)水流量為48.17 m3/h，且在連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中未出現(xiàn)流量隨時(shí)間變化而逐漸降低的定向趨勢(shì)，說(shuō)明設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)水流量未出現(xiàn)不可逆的衰減。

圖2 測(cè)試設(shè)備出水流量測(cè)試

2.3 設(shè)備進(jìn)、出水壓差測(cè)試

本次測(cè)試HEIT測(cè)試設(shè)備采用雙罐串聯(lián)運(yùn)行，設(shè)置1 #清洗周期為2 h，2 #清洗周期為4 h。1 #平均運(yùn)行壓力損失約在0.04 Mp，2 #平均運(yùn)行壓力損失約在0.07 Mp，通過(guò)周期性運(yùn)行及自動(dòng)清洗，設(shè)備壓力損失得到恢復(fù)，未出現(xiàn)不可恢復(fù)性的污堵狀況。

2.4 設(shè)計(jì)及計(jì)算

清水回收率的計(jì)算：測(cè)試設(shè)備設(shè)置成1 #清洗周期為2 h，2 #清洗周期為4 h，每次清洗時(shí)間約為15 min，其中氣洗為1.5 min，水洗為1.5 min，排水約為2 min，并重復(fù)三次。運(yùn)行和反洗均用同一臺(tái)水泵，則回收率=（產(chǎn)水流量/進(jìn)水流量）×100%=（產(chǎn)水時(shí)間/進(jìn)水時(shí)間）×100%=93.02%。

運(yùn)行成本的計(jì)算：HEIT系統(tǒng)運(yùn)行無(wú)需加藥，在此僅計(jì)算耗電成本。50 m3/h測(cè)試設(shè)備配置15 kW水泵一臺(tái)，15 kW風(fēng)機(jī)一臺(tái)，一級(jí)每日清洗10次，二級(jí)每日清洗5次，每次清洗用時(shí)為15 min，電機(jī)使用功率按75%計(jì)算。所以，水泵日運(yùn)行時(shí)間為21.125 h，風(fēng)機(jī)日運(yùn)行時(shí)間為1.125 h，日處理用電量為15×22.25×0.75=250.31 kW·h，日處理出水量為45×24=1 080 m3/d，按每度電0.6元計(jì)算，噸處理成本=250.31×0.6/1 080=0.139元。

3 結(jié)論

（1）從以上測(cè)試及分析計(jì)算結(jié)果可以看出，HEIT設(shè)備對(duì)于經(jīng)過(guò)生化和絮凝沉淀后的煤制油生產(chǎn)廢水有較好的適用性，消除色度影響后HEIT設(shè)備產(chǎn)水濁度最低為0.55 NTU，最高為5 NTU，平均產(chǎn)水濁度為2.262 NTU。

（2）在額定流量條件下，設(shè)備進(jìn)、出水壓力、流量穩(wěn)定，未出現(xiàn)因污堵而導(dǎo)致的壓力顯著波動(dòng)以及流量不可逆衰減情況。

（3）本測(cè)試樣機(jī)清水回收率約93.02%，運(yùn)行噸水電耗成本約為0.139元。