煤化工廢水零排放工程中膜集成技術的應用

白佳威 方昱杰

摘? ? 要：眾所周知，煤化工廢水的成分復雜，主要有烷烴類、酚類、芳香烴類、氨氮、氰等有毒有害物質，污染物含量高，處理難度大。常規的處理工藝難以達到較高的污水循環利用效率，“近零排放”技術是煤化工廢水的主要研究方向，符合綠色發展戰略目標的目的，是實現污水循環利用和環境可持續發展的必然出路。下面筆者就對此展開探討。

關鍵詞：煤化工;零排放;膜集成技術

目前煤化工廢水零排放主要處理方法有：①熱濃縮法，包括多級閃蒸（MSF）、多效蒸發（MSD）、機械式蒸汽再壓縮技術（MVR）等;②膜分離技術，包含納濾（NF）技術、高效反滲透（HERO）技術、碟管式反滲透（SRRO）技術和電滲析（ED）技術等。

一、廢水處理工藝流程

某項目工程的廢水來源主要有3方面：該廠區內生化裝置處理出水，循環水廠排污水，脫鹽水站排污水。設計進水量為4500m3/h。一級反滲透產水水質優于GB50050—2007中再生水要求;HERO濃水鹽的質量濃度達到30g/L;MVR蒸發濃縮液經晶種分離法得到的硫酸鈉晶體滿足GB/T6009—2014的II類標準。

二、技術參數

1）一級膜高效沉淀池。采用雙堿法降低來水的硬度及堿度，降低后續反滲透處理裝置的結垢傾向。處理水量1500m3/h，共3座，并聯運行。停留時間：混凝反應池4min;石灰反應池4min;純堿反應池4min，絮凝反應池6min。澄清池表面負荷q=8m3/（m2.h）。

2）v型濾池。處理水量：1500m3/h，共6座，并聯運行，停留時間0.5h，濾速7m/h。

3）—級超濾膜。用于去除水中的懸浮物、膠體、蛋白質和微生物等大分子物質，保證超濾出水污泥淤積指數（SDI）≤3。處理水量1500m3/h，共6座，并聯運行，回收率≥90%，膜通童（150C）≤50L/（m2.h），設計壓力p≤0.2MPa，最大耐受懸浮物質濃度100mg/L，產水濁度≤1NTU，產水SDI≤3。

4）一級反滲透。選用陶氏抗污染系列膜片，采用一級二段膜工藝，產水滿足優質再生水水質指標。處理水量1350m3/h，共6組，并聯運行，回收率≥75%，設計進水壓力1.2MPa，最大運行壓力≤1.7MPa，膜通量（150C）≤15L/（m2.h），單組產水量169.8m3/h。

5）高效膜濃縮進料水罐。處理水量37m3/h，16h運行，數量6臺。

6）二級膜高效沉淀池。石灰軟化澄清池，處理水量435m3/h，共2座，并聯運行，停留時間3.64min;純堿反應池停留時間3.64min，絮凝池停留時間為5.71min，澄清池表面負荷為7.69m3/（m2.h）。

7）石英砂過濾器。處理水量：432m3/h，3臺并聯運行（2用1備），濾速7m/h。

8）鈉離子軟化器。去除水中大部分硬度。處理水量425m3/h，4臺并聯運行（3用1備），強酸型樹脂，進水壓力0.6MPa。

9）弱酸陽床軟化器。去除鈉床產水的剩余硬度。處理水量417m3/h，4臺并聯運行（3用1備），弱酸型樹脂，進水壓力0.6MPa。

10）脫碳池。處理水量416m3/h，2臺并聯運行。

11）二級膜工藝超濾膜組。處理水量412m3/h，共3組，并聯運行，回收率為90%，膜通量（150C）≤50L/（m2.h），設計壓力《0.2MPa，最大耐受懸浮物質量濃度100mg/L，產水濁度≤1NTU，產水SDI≤3。

12）—級兩段HERO膜。處理水M370m3/h，共3組，并聯運行，回收率>80%，膜通量（150C）≤15L/（m2.h），單組產水量164.5m3/h。

13）強酸陽床。用于去除高效反滲透產水中的氨。處理水量328m3/h，3臺并聯運行（2用1備），設計壓力0.36MPa。

14）MVR設備。用于高效反滲透濃縮液中鹽的提純與濃縮。處理水量50m3/h，共2組，并聯運行，結品硫酸鈉晶體白度為≥82%。

三、運行效果與討論

工程項目的核心是在膜集成組合工藝中膜性能的運行效果，考察膜的性能運行數據對整個工程的產水及經濟效益有重要的指導意義。

1.一級RO與HERO回收率

收集近3個月的一級RO與HERO運行數據。一級膜工藝的運行條件：RO進水量1350m3/h，進水TDS的質量濃度1.5g/L，pH為6.5-7.5，溫度10-350C，操作壓力1-1.8MPa：HERO的運行條件：進水量370m3/h，TDS的質量濃度6g/L，pH為9.5-10.8，溫度10-350C，操作壓力1.8-2.7MPa。統計一級RO與HERO回收率運行效果與進水壓力的變化關系。

2.經濟性分析

項目竣工驗收并調試完畢后，運行3月內，進水量為1500m3/h，產水量達到1125m3/h。其中一級膜工藝中RO回收率能達到75%，脫鹽率維持在97%;二級膜工藝中，進水量為370m3/h，HERO回收率可達到80%。藥耗成本為2.64元/t，公用工程成本為2.58元/t，耗材成本為2.12元/t，不含MVR部分水處理總成本費用為7.34元/t。整個工程項目中預處理工藝全面，投資增加，但產水回收率高，濃水較少，有效降級后續MVR裝置的投資規模，經濟性明顯，且高效反滲透無需添加昂貴阻垢劑、頻繁在線清洗，比常規反滲透工藝運行費用低15-20%。

四、存在問題與建議

1）一級膜工藝中反滲透中間水池水力攪拌效果較差，池體存在死流、盲區。夏季水溫較高情況下，微生物大量滋生，造成后續膜污堵嚴重，建議增加2臺水下推進器加強水力擾動，減少次氯酸鈉、非氧化殺菌劑的投加量、保安過濾器濾芯更換頻率。

2）項目運行后期，濃鹽水最大排放量為45-55m3/h，HERO回收率降至78%，低于前期運行效果。建議增大HERO進水流速，保持水流呈揣流狀態，降低膜表面濃差極化，提高HERO產水回收率。

3）HERO膜在運行中的濃水TDS含量較低，建議類似工程采取一級三段膜濃縮工藝，將HERO二段濃縮液繼續濃縮，增加系統產水回收率，同時提高HERO濃水中TDS含量，降低后續MVR的蒸發能耗。

參考文獻：

[1]何曉君.我國煤化工廢水“零排放”新思路探索[J].煤化工與甲醇，2019，41（02）：120-122.