膜技術(shù)處理碎煤加壓氣化工藝污水應(yīng)用研究

周梁源 崔衛(wèi)民

摘 ?要：該試驗(yàn)采用反滲透膜技術(shù)處理碎煤加壓氣化工藝污水，反滲透裝置采用三級或四級反滲透膜，在裝置入口調(diào)節(jié)廢水pH值，延緩污水中有機(jī)物對膜的污染，降低清洗頻率，在三級或四級膜入口再次調(diào)節(jié)pH值，脫除廢水中的氨氮。經(jīng)過三級或四級膜的處理后，淡水指標(biāo)達(dá)到循環(huán)水回用要求，濃水進(jìn)行綜合利用。

關(guān)鍵詞：反滲透膜技術(shù);碎煤加壓氣化;工業(yè)廢水;中水回用

1 概述

隨著石油資源短缺，煤資源儲量豐富的我國，發(fā)展以煤為原料的煤化工行業(yè)成為關(guān)系到國計(jì)民生的大事，但隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的興起，煤化工所帶來的弊端也日漸突出，其中環(huán)保問題就是煤化工發(fā)展的瓶頸問題。膜技術(shù)處理工業(yè)廢水，具有投資底，效率高，可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，目前用膜技術(shù)處理各種工業(yè)廢水，有些已建成工業(yè)裝置?；诖?，新疆龍宇能源準(zhǔn)東煤化工有限責(zé)任公司和河南潔源膜技術(shù)有限公司合作，在河南義馬氣化廠把煤化工行業(yè)處理難度較大的碎煤加壓氣化工藝廢水通過膜技術(shù)濃縮處理，產(chǎn)生淡水回用作為研究方向，開展了歷時(shí)三年的中試研究。

2 技術(shù)原理及應(yīng)用領(lǐng)域

反滲透膜技術(shù)，是用足夠的壓力使溶液中的溶劑（一般是水）通過反滲透膜（或稱半透膜）而分離出來，因?yàn)檫@個過程和自然滲透的方向相反，因此稱為反滲透。經(jīng)過反滲透處理，使水中雜質(zhì)的含量降低，提高水質(zhì)純度，其脫鹽率可達(dá)到98%以上，并能將水中大部分的細(xì)菌，膠體及大分子量的有機(jī)物去除。目前影響膜技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于直接處理工業(yè)污水的主要因素是膜的污堵問題，及由此帶來的膜的壽命和費(fèi)用問題。

碎煤加壓氣化工藝污水中的有機(jī)物以單元酚和多元酚為主，另外還含有少量的脂肪烴、芳香烴、雜環(huán)類和稠環(huán)類化合物，而水中有機(jī)物對膜的污染，主要取決于有機(jī)物的水溶性和極性，水溶性越差、極性越弱，越容易被吸附在膜上，造成沉積，形成有機(jī)污堵。碎煤加壓氣化工藝污水中的有機(jī)雜質(zhì)以酚類為主，酚類在堿性環(huán)境下易形成酚鹽，水溶性和極性都會得到很大提高，減少酚類在膜上的吸附。基于這種認(rèn)識，并考慮膜對堿性環(huán)境的承受能力，在反滲透膜的入口，用計(jì)量泵加入酸/堿液，以調(diào)節(jié)pH值，使有機(jī)物對膜的污堵情況得到了明顯改善。

針對此種效果，針對需要達(dá)到的淡水回用目標(biāo)，設(shè)計(jì)了三級反滲透膜裝置，一級入口加堿調(diào)高pH，主要去除COD、酚類物質(zhì)。在三級入口處，加入硫酸，將污水由堿性調(diào)至略偏酸性，將游離氨氮轉(zhuǎn)化為銨鹽進(jìn)行去除，得到了很好的脫除效果，COD脫除率大于98%，氨氮脫除率大于96%。

本技術(shù)成果可應(yīng)用于碎煤加壓氣化工藝污水處理并回用的領(lǐng)域。

3 性能指標(biāo)

（1）碎煤加壓氣化爐工藝廢水生化系統(tǒng)要求達(dá)到GB50335-200

2《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)指標(biāo)，如表1所示。

（2）中試裝置性能指標(biāo)要求。

系統(tǒng)水回收率>75%;產(chǎn)水電導(dǎo)率<100μs/cm;COD<100mg/L

實(shí)際達(dá)到性能：系統(tǒng)水回收率>77%;產(chǎn)水電導(dǎo)率<100μs/cm;

COD<100mg/l

運(yùn)行期間各段去除率如表2所示。

表2

4 與國內(nèi)外同類技術(shù)比較

對煤化工廢水特性的認(rèn)識以及良好的預(yù)處理、膜組合的設(shè)計(jì)方式使得我們的技術(shù)開創(chuàng)了煤化工廢水處理的先河，下面就傳統(tǒng)生化技術(shù)進(jìn)行比較，如表3所示。

表3

5 本試驗(yàn)的創(chuàng)造性、先進(jìn)性

（1）本應(yīng)用研究開創(chuàng)了煤化工廢水處理的新途徑，是國內(nèi)外第一次采用反滲透膜技術(shù)處理碎煤加壓氣化工藝污水。（2）創(chuàng)新了對碎煤加壓氣化廢水的認(rèn)識，通過利用有機(jī)物在不同pH條件下表現(xiàn)出的不同性質(zhì)，并采用特殊的反滲透膜，降低了有機(jī)物對反滲透膜的污堵和清洗頻率，并保證了清洗恢復(fù)效果，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行的可行性。（3）設(shè)計(jì)了科學(xué)的工藝流程、合理控制各級膜的水通量和去除效率，保證了在較高回收率下產(chǎn)出的淡水指標(biāo)達(dá)到循環(huán)水回用要求。

6 作用意義

針對碎煤加壓氣化廢水采用膜濃縮技術(shù)替代傳統(tǒng)生化處理工藝，可使處理的工藝流程大大縮短，并節(jié)約大量占地，特別是適應(yīng)寒冷地區(qū)冬季氣溫低、周期長的季節(jié)特點(diǎn)，便于工廠管理。淡水可直接回用循環(huán)水補(bǔ)充水，濃縮液可進(jìn)一步探討回收有效成分或用于水煤漿氣化爐制漿，提高工廠效益。對于當(dāng)前的液體廢物“零排放”的要求，可降低污水的處理難度，降低投資，節(jié)約占地，符合國家的節(jié)能減排方針。該項(xiàng)目相對于傳統(tǒng)技術(shù)具有很好的經(jīng)濟(jì)性。以河南義馬氣化廠的生化處理作對比如下：（處理規(guī)模140t/h）

義馬氣化廠生化裝置投資約7500萬元，噸水處理成本約8.00元，若達(dá)到膜技術(shù)同等出水水質(zhì)，需增加脫鹽裝置，按新鮮水的噸水成本計(jì)，約需增加1.50元/噸。而同等規(guī)模膜技術(shù)處理裝置，投資約2500萬，噸水處理成本約6.58元。按折舊周期15年計(jì)，傳統(tǒng)技術(shù)年綜合成本約1564萬元，膜技術(shù)年綜合成本約900萬，節(jié)約成本約664萬/年，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。

推廣應(yīng)用的范圍、條件和前景以及存在的問題和改進(jìn)意見：

（1）推廣應(yīng)用的范圍：采用碎煤加壓氣化工藝的煤化工企業(yè)的工藝污水處理;其它存在高濃度，難降解廢水的工業(yè)行業(yè)，但是在大規(guī)模應(yīng)用之前需要進(jìn)行中試，以確定最優(yōu)工藝條件。（2）市場推廣前景：目前國家和全社會對環(huán)保問題高度重視，新上煤化工項(xiàng)目必須達(dá)到少排，甚至零排的要求，在這種情況下，污水膜濃縮技術(shù)以其處理流程短、投資占地少、操作控制簡便、受環(huán)境制約小等獨(dú)特的優(yōu)勢，在工業(yè)污水處理領(lǐng)域有巨大的推廣價(jià)值和市場前景。（3）存在問題：由于試驗(yàn)裝置規(guī)模較小，多采用手動操作，現(xiàn)場勞動強(qiáng)度較大。由于試驗(yàn)裝置規(guī)模較小，現(xiàn)場沒有設(shè)置液堿罐，由運(yùn)行人員用固堿配制NaOH溶液，影響現(xiàn)場環(huán)境。（4）改進(jìn)方向：工業(yè)放大時(shí)，采用自動化控制，減輕勞動強(qiáng)度。現(xiàn)場設(shè)置液堿罐，采用自動配堿。

參考文獻(xiàn)

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