鐵碳微電解/膜生物反應器工藝在煤制油廢水處理中的應用

喬曉平，任玲兵

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046204)

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鐵碳微電解/膜生物反應器工藝在煤制油廢水處理中的應用

喬曉平，任玲兵

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046204)

將傳統的水處理設施改造成為以鐵碳微電解/膜生物反應器處理廢水工藝，通過中試研究了鐵碳微電解/膜生物反應器在高效處理煤制油廢水中的應用。結果表明，鐵碳微電解/膜生物反應器與傳統水處理技術相比具有很大的優勢，采用這種物理化學、生物化學相結合的方法處理煤制油廢水是一種行之有效的新工藝，而且經濟性更好。

鐵碳微電解；膜生物反應器；煤制油廢水處理

引 言

隨著全球化石能源的開發，石油資源的需求和開采與日俱增。按照目前世界石油的平均開采速度，地球上石油的開采時間將不足40年。煤制油作為一種以煤代油或者緩解石油供需的煤基清潔能源技術，近年來，被世界發達國家及少數發展中國家廣泛研究。據預測，到2020年，我國的煤制油產能將達到3 000萬t以上規模。然而，煤制油過程廢水產量大、處理難度大、成本高，為煤制油技術的大規模應用帶來了巨大的挑戰[1-2]。

山西潞安煤基清潔能源有限公司發揮自身獨特優勢，由煤炭開采向煤炭深度轉化，由棄采高硫煤轉化成為煤基清潔油品和化學品，使產品附加值倍增的同時實現了煤炭的高效、清潔利用。公司積極響應國家能源利用和環境保護在環保方面的方針和政策，投巨資不斷進行技術改造，最大程度使三廢達標排放，實現“零排放”。本文以山西潞安煤基清潔能源有限公司廢水處理技術改造為研究項目，通過對出水水質進行分析，發現出水水質指標完全符合廢水回用處理的進水水質要求。

1 公司污水處理站現狀

污水處理站廢水處理系統主要處理氣化廢水、合成廢水以及其他生產廢水，目的是除去廢水中的烴類物質、有機化合物、氰化物和懸浮物等。分析發現，現有傳統的廢水處理工藝效果不理想，不能滿足后續廢水回用處理的進水水質要求，需要充分利用現有設施對水處理系統進行適當優化改造。

本單元處理規模600 m3/h，設置兩系列。采用隔油—一級氣浮—二級氣浮工藝進行處理。

2 原有工藝概況

2.1 原有工藝現狀

公司在用水中遵循“減量化、分級利用、一水多用、處理回用“的原則，廢水實施采用“分質緩存、分質處理、處理后凈水回用”方法，達到降低新鮮水消耗、減少廢水排放對周邊環境影響的目的。根據設計采用了隔油—氣浮—生化的傳統老三套工藝，基本能夠滿足廢水排放標準要求，但難以滿足后續廢水回用處理的進水水質要求。

2.2 原工藝存在的問題

2.2.1 混凝氣浮部分功能失效

由于廢水處理要達到回用的標準，所以廢水中含有的焦油、復合芳香烴等溶解性難降解有機物處理率就得大大提高。通過原先工藝處理發現，廢水中CODCr值2 000 mg/L～3 100 mg/L，BOD5濃度低，BOD5/CODCr≈0.1，生化系統處理效果差。

2.2.2 氣浮前PAC混凝處理效果不佳

廢水氣浮前，PAC混凝劑的混凝沉降作用CODCr去除率在8%左右，且BOD5濃度無變化，并導致氣浮作用失效，出水CODCr值不符合后續廢水回用處理進水的標準要求。

2.2.3 二沉池不能發揮作用

由于公司規模較大，廢水處理設施的基建安裝到全廠試運行經歷了很長一段時間，雖然期間及時組織開展了維護工作，但由于廢水水質回用標準高于排放標準，導致生化系統壓力增加，出現了活性污泥膨脹、松散等情況，二次沉淀之后出水SS濃度甚至高于排放標準，難以滿足回用處理中進水的要求。

3 煤制油廢水鐵碳微電解/膜生物反應器處理工藝改造

針對原有廢水處理工藝的現狀及存在問題，公司利用原有設施，提出了以鐵碳微電解/膜生物反應器為核心的改造工藝,并進行了中試實驗。在隔油處理工序和混凝曝氣工序之間增加鐵碳微電解工藝環節，將鐵碳微電解處理設備置于二沉池內，并在一級生化反應池末端增加MBR膜生物反應器，利用鐵碳微電解作用升高pH值，節省堿用量，同時利用了鐵氫氧化物的混凝作用，提高了曝氣有效率，改善了廢水可生化性能，再經回用水處理系統處理后達到回用的標準。

3.1 改造工藝

3.1.1 隔油后廢水鐵碳微電解工藝預處理

針對廢水氣浮混凝藥劑處理效果差的問題，對隔油后廢水進行鐵碳微電解預處理[3]。酸性條件下，鐵和碳之間電極電位差形成了微電池，從而可有效脫除廢水中的極性有機污染物。公司廢水pH≈4～5，處于鐵碳微電解工藝的最佳pH值范圍，且附近有鐵加工廠，能夠獲得廉價廢舊鐵屑，同時也節省了運輸成本[4]。鐵碳微電解處理后，廢水pH值上升到8左右，生成的Fe(OH)2在該pH值下能夠自行混凝，預處理后再通過氣浮裝置，能夠顯著提高CODCr的脫除率，廢水的可生化性也得到了進一步改善。

3.1.2 SS的MBR膜生物反應器處理工藝

MBR膜生物反應器將膜組件和活性污泥相結合，近些年，在污水處理工藝升級改造中的應用十分廣泛，SS脫除率很高[5]。使用MBR膜生物反應器處理煤制油廢水能夠顯著減小二沉池的占地面積，在生化反應池末端增設膜生物反應器，曝氣風機風量足夠的情況下無需再增加額外曝氣裝置[6]。

3.1.3 部分二沉池用作鐵碳微電池反應地

為了貫徹原能源部關于節能文件的精神，公司優化了全廠的工藝總平面布置，不同的工藝構筑物之間距離很短。為了進一步節省占地，可將二沉池的一部分作為鐵碳微電池反應地。

3.2 中試試驗

為了觀察該改造方案的處理效果，公司在水處理車間進行了5 m3/h中試試驗。

3.2.1 設備改造

1) 鐵碳微電池

Φ2.0 m×3.5 m，V=10 m3，鋼材質板，內襯防腐PVC，填充8 t鐵屑。

2) 脫氨塔

Φ3.0 m×4.5 m，HRT=6 h，玻璃鋼材質，內部填充1套填充纖維，配備1用1備2臺離心風機。

3) 氣浮裝置

使用鋼制溶氣氣浮機，5 m3/h處理能力成套設備。

4) 生化反應池

一級生化反應池2.5 m×6.0 m×2.5 m，HRT=6 h，不銹鋼材質，配備1用1備2臺離心風機。

MBR膜生物反應器池尺寸同一級生化反應池，鋼材質，MBR膜片MBR-20共40片，配1用1備2臺自吸泵、1臺反吸泵。

3.2.2 改造后工藝流程

選擇調節罐出水作為中試用水，即隔油池出水，pH≈4～5，酸性，為鐵碳微電解最佳pH值范圍，接受鐵碳微電解工藝處理，提升廢水可生化性能。鐵碳微電解處理后，廢水送入脫氨裝置，調整pH上升為堿性。因為經過了鐵碳微電解后對廢水中的酸起到了一定的中和作用，所以能夠顯著降低堿的用量，從而節省成本。脫氨處理后，廢水送入混凝氣浮池，Fe(OH)2、Fe(OH)3的絮凝作用顯著增強了混凝氣浮池對廢水中CODCr的脫除率，絮凝劑的用量也更小。氣浮混凝結束之后，廢水送入一級生化池和MBR膜生物反應器進行生物降解。

3.2.3 出水水質

中試出水水質見表1。

表1 中試出水水質

3.3 經濟性分析

3.3.1 投資規模

MBR膜生物反應器總投資規模15萬元，鐵碳微電解系統1萬元。

3.3.2 運行費用

5 m3/h規模中試，堿、脫氨、膜清洗劑、鐵屑平均費用0.25元/m3，潛污泵、自吸泵和風機耗電量1.4元/m3，水及人工費分別為0.06元/m3、0.2元/m3，總處理費用1.73元/t。改造后，水處理節省了PAC費用，車間曝氣裝置風量滿足需求，無需額外增加曝氣裝置，節省了一筆較大的投資。

4 結論

中試試驗證明，鐵碳微電解-膜生物反應器廢水處理工藝在煤制油廢水處理中的應用不僅滿足了廢水排放標準要求，而且為后期的廢水回用達標奠定了基礎，顯著提高了煤制油廢水中難降解石油組分的可生化性能，節省了混凝和pH調節的藥劑用量，廢水處理成本經濟性較優，在煤制油廢水處理中有很大的應用前景。

[1] 楊欣，武福平，馬國綱，等.鐵碳微電解與生物接觸氧化法聯用處理涂料廢水[J].城市道橋與防洪,2016(2)：163-166.

[2] 郭冀峰，付少杰，黃宇華，等.鐵碳微電解/膜生物反應器工藝在煤制油廢水處理中的應用[J].工業用水與廢水,2016,47(1):36-38.

[3] 陳威，黃燕萍，袁書保.鐵碳微電解在合成制藥廢水中的應用[J].給水排水,2016,42(3):58-62.

[4] 劉春早，王春雨，喬瑞平，等.鐵碳微電解深度處理煤制氣廢水的條件優化[J].化學工程,2014,42(11):15-19.

[5] 姜興華，劉勇健.鐵碳微電解法在廢水處理中的研究進展及應用現狀[J].工業安全與環保,2014,35(1):26-28.

[6] 劉志誠.鐵碳微電解-曝氣生物濾池處理聚醚廢水[J].化學工程師,2009(1):27-30.

The application of iron-carbon micro-electrolysis/membrane bioreactor process in coal-to-oil wastewater treatment

QIAO Xiaoping, REN Lingbing

(Shanxi Lu’an Coal-Based Clean Energy Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046204, China)

Traditional waster treatment facilities are transformed into iron-carbon micro-electrolysis/membrane bioreactor wastewater treatment process. This paper studies the application of iron-carbon micro-electrolysis/membrane bioreactor in high effective coal-to-oil wastewater. Results show that compared with the traditional water treatment technology, iron-carbon micro-electrolysis/membrane bioreactor has great advantage. By adopting the combination of the physical and chemical, biological, chemical methods of coal-to-oil wastewater treatment is a new effective and more economical technique.

iron-carbon micro-electrolysis; membrane bioreactor; coal-to-oil wastewater treatment

2016-06-13

喬曉平，女，1987年出生，2009年畢業于太原科技大學化學工程與工藝專業，助理工程師。研究方向：煤制油環保。

環境保護

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.34

X703

A

1004-7050(2016)05-0108-03