煤制油CTL廢水回用新工藝

陳然 潘鴻舞（浙江歐美環境工程有限公司 浙江湖州 33000微宏新材料（湖州）有限公司 浙江 湖州 3300）

0 概述

在此介紹一種先進的煤制油（CTL）廢水回用工藝。筆者在2011年為荷蘭某公司在山西榆林設計了一個關于廢水回用的移動式示范工廠，采用了生物活性炭(BACF)+超濾(UF)+反滲透(RO)的新工藝[1]，運行十分成功，值得分享和推薦。

1 項目背景及系統設計基礎

本系統是用來處理幾個不同地方的CTL廢水，且每處水質均不同。水源大致為CTL廢水和小部分市政廢水的勾兌水。系統總廢水處理量為25-30m3/h，經過深度處理后，產出15m3/h高純脫鹽水回用于鍋爐補給水及行業其它生產。

系統設有PLC，實現自動化。每個水處理單元的工藝參數及數據均在工控機上進行顯示,并能夠進行計算機內存貯。控制畫面還可進行遠程訪問(荷蘭)供審查使用。

為便于運輸，整個示范工廠的核心設備均布置在三個40英尺的集裝箱內。系統設備規模15m3/h，總用電功率151KW。

提供其中兩組廢水數據供參考：

2 系統工藝流程

為增加系統的工藝靈活性，設置了幾個切換閥門，實現了很重要的兩種工藝流程，BACF在UF進水前為方案1，BACF在RO進水前為方案2:

污水池→污水泵→緩沖水箱→增壓泵→多介質過濾器→凈化水箱→UF給水泵→自清洗過濾器→[換熱器]→（方案1：BACF→10μm保安過濾器）→UF裝置→UF產水箱→BACF給水泵→（方案2：BACF→10μm保安過濾器）→5μm保安過濾器→一級高壓泵→一級RO→二級高壓泵→二級RO→去純水外供系統

3 系統考核指標

1）UF回收率≥90%。出水SDI15≤3；濁度<1NTU。

2）BACF出水DO≤2-5mg/l。

3）RO回收率：一級反滲透≥65-85%；二級反滲透≥90%。

4 系統工藝說明

工藝流程分為由多介質、生物活性炭、超濾等組成的預處理系統和反滲透脫鹽系統及輔助系統。各部分功能簡述如下。

4.1 預處理系統

預處理主要目的是去除水中的懸浮物、膠體、色度、濁度、有機物等妨礙后續反滲透運行的雜質。

1）多介質過濾器利用石英砂、無煙煤兩種濾料去除原水中的懸浮物(借助于投加的絮凝劑等,形成微絮凝體并進行過濾)，屬于普通過濾設備。應用于該回用系統的目的是防止過多的懸浮物、膠體顆粒等進入后續設備，從而減輕后續處理設備的運行負擔。

2）自清洗過濾器主要去除水中粒徑較大的懸浮物和膠體，保護超濾正常運行。

3）超濾為預處理系統的核心設備。超濾膜分離技術具有占地面積小、出水水質好、自動化程高等特點。作為關鍵預處理設備，能長期保證產水水質。

4）由于中國西北地區氣溫比較低,本系統設計中預留熱交換設備位置，根據廢水的實際情況決定是否給原水升溫,提高后續膜處理的能力。

5）生物活性炭過濾器是利用活性炭物理化學吸附和生物降解技術相結合的新工藝[2]。在此系統中主要是降解水中的有機物，給膜法系統提供一個良好的運行環境。

BACF以活性炭作為生物膜的載體，利用其巨大的比表面積，大量吸附水中的有機污染物，在有氧的條件下，部分氧化分解，轉變成營養物質供應生物膜代謝，從而使水得到凈化[2]。此處引用一種更加安全、經濟和可靠的新式增氧法，由工業氧氣瓶替代傳統的臭氧發生器進行投加的新工藝。氧氣瓶內的液氧經過調壓后變為氧氣自行注射至活性炭的進水中，使其進水中含有適量濃度的溶解氧，為好氧微生物提供很好的有氧環境，而且活性炭表面吸附的有機物又為好氧微生物提供了養料，有機物因被轉化為二氧化碳和生物量而被去除，從而大大減輕了后續設備的處理負荷。

根據CTL廢水的特點，預處理的原水中還可能含有較高的銨濃度，若過濾器處在厭氧條件下，因生物量將被沖刷掉而直接流到安裝在下游的膜系統中引起潛在的生物污堵風險。為了較易去除早期降解的有機物和限制基質的生長，在BACF上游水中注入足夠的氧氣，以防止生物量處在厭氧條件下。

因有機物對超濾和反滲透膜的污染影響較大[2]，尤其是反滲透，會造成較大的運行和清洗費用，故本系統根據不同的水源進行方案比較和篩選,試驗BACF的運行效果對膜系統的具體影響[3]：優選方案1，因COD去除率高，運行費用較低，只要BACF運行能夠穩定即可；如果因原水中COD太高造成BACF“營養過剩”而運行不穩定，則改選方案2，把BACF移至UF后，依靠超濾將大分子有機物進行截留去除，對透過的小分子有機物再經由BACF進一步降解，給后續RO提供符合要求的進水[3]。

4.2 反滲透系統

反滲透系統承擔了主要的脫鹽任務。脫除水中的離子以達到用戶要求的工業軟化水。反滲透系統包括保安過濾器、增壓泵、一級高壓泵、一級反滲透裝置、二級高壓泵、二級反滲透裝置。

5 控制說明

本控制系統采用可編程邏輯控制器(PLC)完成電氣和儀表部分的自動控制，同時可顯示工藝過程中的主要監測指標以及系統運行狀態。

對于傳統濾器和膜法系統的控制不再累述，此處只對新工藝BACF的自動控制稍作描述。BACF的控制是通過控制電磁閥的開/關、泵的啟/停止來實現其操作過程。反洗的周期主要是根據運行時間來設定的，也可以根據ACF兩側的壓力差進行設定。BACF在系統流程中的兩種方案，具體根據項目需要進行人工干預。

BACF的詳細配置：過濾器D2000；GAC高度1000[4]。BACF的反沖洗使用空氣和水沖洗。進行氣、水強度控制，避免濾料沖出濾器，同時保證反洗效果；結束時確保濾料好的分層。

BACF的運行控制指標為產水的溶解氧（DO）含量。氧氣投加調節閥與BACF產水的DO進行調節，使DO控制在2-5mg/l[4]：

在BACF出口放置一個在線的濾芯過濾器，防止BACF的濾液中含有的小顆粒/炭粉末等雜質造成后續膜的損害[5]，以確保后系統的穩定運行。

6 總結

系統運行較長時間以來，整體性能較穩定，尤其是調整氧氣投加濃度后，筆者發現BACF在合適的氧氣濃度下運行，給后續雙膜系統帶來較穩定的運行條件。最顯著的特征：本雙膜系統的化學清洗周期穩定在幾個月以上。這在復雜難處理的CTL廢水回用處理中十分罕見；而利用工業氧氣瓶代替臭氧輔助BACF來運行的情況又十分安全，運行費用也低。故用在回用煤制油廢水中的先進BACF+UF+RO新工藝值得推薦。

[1]雷樂成[M]《污水回用新技術及工程設計》化學工業出版社2002

[2]李軍[M]《微生物與水處理工程》化學工業出版社2010

[3]李光哲[M]《活性炭-納濾在水污染水源水處理中的原理與應用》科學出版社2011

[4] Dr.ir.S.G.J.Hejman [D]《Tu Delft-Activated carbon filtration & Granular Activated Carbon》Netherlands, Delf University of Technology,2010

[5]程方等[G]《水處理與膜分離技術問答》化學工業出版社2012作者簡介：陳然（1972-），女，浙江省湖州市人，工程師，工學學士，從事國內外水處理大項目的工藝設計。研究方向：膜法水處理研究，水處理工程新工藝開發。