高效集成水處理系統在煤化工廢水深度處理中的應用研究

周麗霞，董瑞光，易漢平，吳 珍，2 ，李繼定

（1.鄂爾多斯市紫荊創新研究院，內蒙古 鄂爾多斯 017000；2.鄂爾多斯應用技術學院，化學工程系，內蒙古 鄂爾多斯 017000）

隨著我國經濟的快速發展，工業化進程也在不斷加快。近年來，以煤為原料的煤化工產業發展迅速，其中規模較大的有煤制油、煤制氣以及煤焦化等[1-2]。由于煤化工行業采取的工藝不同，其產生的廢水種類也有一定差異[3-4]。目前，煤化工行業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雜，處理難度大，經以上工藝處理后仍然很難達到國家排放或回用標準[5-6]，因此，需要研究經濟而有效的深度處理技術，既能幫助企業增加經濟效益和社會效益，又能達到保護水資源的目的。

高效集成凈水系統（High Effect Integrated Technology，簡稱HEIT）是從過濾材料和孔道結構研究入手，根據不同的原水水質和吸附脫附平衡原理、荷葉效應和仿生學原理，結合流體力學模擬（CFD）成果，構筑和設計了強大的抗污染系統，克服了石英砂過濾板結問題，避開了微濾、超濾、過濾采用的化學清洗。因此，此系統非常適用于污水預處理以及混凝沉淀后的深度處理。

1 實驗內容

高效集成水處理系統測試設備采用雙罐串聯的運行方式，測試原水為二沉池出水。運行過程中：每天8:00～17:00之間，間隔約60 min記錄一次設備產水量以及在線濁度儀檢測的濁度值；夜間，此系統自動運行。

2 實驗結果與討論

2.1 設備進、出水濁度測試

煤液化廢水經生化及絮凝沉淀處理后，會有少量肉眼可見的懸浮固體顆粒，顏色呈黃褐色，但經HEIT設備處理后的出水無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測試設備進、出水濁度的檢測結果如圖1所示：

圖1 測試設備進、出水濁度檢測值

從圖1可以看出，經生化及絮凝沉淀處理后的出水（測試設備進水原水）水質波動較大，濁度儀檢測值在2.51～27.18 NTU不等，分析原因可能是由于生產排放原水的水質不穩定、絮凝沉淀池排泥攪動等因素引起的。經過統計分析得知，HEIT測試設備的平均進水濁度為10.38 NTU；產水濁度最低為1.1 NTU，最高為10 NTU，在線濁度儀檢測的平均產水濁度為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%。

由于濁度儀檢測值均利用的是光散射或透射光強衰減原理，測試時發現，水樣呈現的微黃色對檢測值有一定影響。為了消除色度對濁度檢測的干擾，采用活性炭對設備產水進行了脫色處理。活性炭脫色是利用其吸附原理，使水中溶解性的致色物質因被活性炭吸附而去除，對水中的致濁物質基本不產生影響。脫色后水樣感官上看清澈透明，無明顯顏色。其中，對濁度值為3.1 NTU的設備產水，采用活性炭脫色后濁度值為1.5 NTU。

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

2.2 設備處理流量測試

由于生化出水水質波動較大，且生產廢水經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，水中可能含有粘結性較強的膠體，因此，HEIT測試設備采用相對低速運行，設計運行流速30 m/h，設計額定處理水量45 m3/h。

HEIT測試設備流量測試結果如圖2所示。從圖2可以看出，在原水水質大幅波動情況下，設備出水流量隨原水水質變化在45 m3/h附近有少許波動；原水水質基本穩定時，設備產水流量穩定維持在50 m3/h。統計實際平均產水流量為48.17 m3/h，且在連續運行過程中未出現流量隨時間變化而逐漸降低的定向趨勢，說明設備運行穩定，產水流量未出現不可逆的衰減。

圖2 測試設備出水流量測試

2.3 設備進、出水壓差測試

本次測試HEIT測試設備采用雙罐串聯運行，設置1 #清洗周期為2 h，2 #清洗周期為4 h。1 #平均運行壓力損失約在0.04 Mp，2 #平均運行壓力損失約在0.07 Mp，通過周期性運行及自動清洗，設備壓力損失得到恢復，未出現不可恢復性的污堵狀況。

2.4 設計及計算

清水回收率的計算：測試設備設置成1 #清洗周期為2 h，2 #清洗周期為4 h，每次清洗時間約為15 min，其中氣洗為1.5 min，水洗為1.5 min，排水約為2 min，并重復三次。運行和反洗均用同一臺水泵，則回收率=（產水流量/進水流量）×100%=（產水時間/進水時間）×100%=93.02%。

運行成本的計算：HEIT系統運行無需加藥，在此僅計算耗電成本。50 m3/h測試設備配置15 kW水泵一臺，15 kW風機一臺，一級每日清洗10次，二級每日清洗5次，每次清洗用時為15 min，電機使用功率按75%計算。所以，水泵日運行時間為21.125 h，風機日運行時間為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元計算，噸處理成本=250.31×0.6/1 080=0.139元。

3 結論

（1）從以上測試及分析計算結果可以看出，HEIT設備對于經過生化和絮凝沉淀后的煤制油生產廢水有較好的適用性，消除色度影響后HEIT設備產水濁度最低為0.55 NTU，最高為5 NTU，平均產水濁度為2.262 NTU。

（2）在額定流量條件下，設備進、出水壓力、流量穩定，未出現因污堵而導致的壓力顯著波動以及流量不可逆衰減情況。

（3）本測試樣機清水回收率約93.02%，運行噸水電耗成本約為0.139元。