雙膜法在焦化廢水深度處理中的應用

摘要：焦化廢水是一種典型的難降解工業廢水，具有污染物濃度高、成分復雜、可生化性差、毒性大、色度高、水質波動大等特點。焦化廢水含有較高的化學需氧量（COD），大部分為難降解有機物，傳統的“預處理+生化處理”組合工藝無法滿足中水回用要求。雙膜法是由超濾與反滲透構成的組合工藝，目前已成為焦化廢水深度處理的首選。深度處理后，出水完全可以達到工業回用水的要求，大幅減量化的濃水可以通過蒸發進行處理。本文結合雙膜法在焦化廢水深度處理中的應用，分析影響系統運行穩定性的因素，然后提出改進建議，以提高焦化廢水處理效果，實現中水回用。

關鍵詞：焦化廢水；雙膜法；深度處理

中圖分類號：X784 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.051

Abstract： Coking wastewater is a typical refractory industrial wastewater， characterized by high concentration of pollutants， complex components， poor biodegradability， high toxicity， high chromaticity， and large fluctuations in water quality. Coking wastewater contains high chemical oxygen demand （COD）， most of which are refractory organic substances， the traditional \"pretreatment+biochemical treatment\" combined process cannot meet the requirements for reclaimed water reuse. Double membrane method is a combined process consisting of ultrafiltration and reverse osmosis， and has become the first choice for advanced treatment of coking wastewater. After advanced treatment， the effluent can fully meet the requirements for industrial reuse， and the greatly reduced concentrated water can be treated through evaporation. Based on the application of double membrane method in advanced treatment of coking wastewater， this paper analyzes the factors that affect the stability of the system operation， and then proposes improvement suggestions to improve the treatment effect of coking wastewater and achieve reclaimed water reuse.

Keywords： coking wastewater; double membrane method; advanced treatment

華東地區某鋼鐵廠焦化廢水產生量約為190 t/h，采用雙膜法進行深度處理后，中水回用至生產系統，濃水經過進一步的預處理進入反滲透系統，最終濃水送至轉爐悶渣，實現中水回用及濃水零排放的目的[1-2]。

工藝流程如下：焦化廢水→預處理→超濾→軟化樹脂吸附塔→一級反滲透→錳砂過濾器→COD樹脂吸附塔→濃水反滲透→濃水池除硅除氟→管式微濾→螯合樹脂吸附塔→電滲析→臭氧催化氧化→電催化氧化→活性炭過濾器→除氰→外送。一級反滲透系統的設計處理能力為303 t/h，膜殼排列比為20∶10，采用6芯裝。

1 現場運行參數及實測數據

1.1 運行參數

一級反滲透系統的運行參數如表1所示。一級反滲透系統的進水電導率遠高于設計值，整體脫鹽率為94.4%，純水回收率為68.0%，脫鹽率、純水回收率均偏低。系統段間壓差普遍較低，一級反滲透系統的一段壓差為60 kPa，二段壓差為10 kPa。

1.2 產水測試數據

由于系統脫鹽率并不理想，針對一級反滲透系統（膜殼排列比20∶10）的每支膜殼產水進行測試。一段膜殼有20支（編號1#至20#），產水電導率依次為266 μS/cm、260 μS/cm、250 μS/cm、245 μS/cm、287 μS/cm、450 μS/cm、289 μS/cm、248 μS/cm、242 μS/cm、225 μS/cm、245 μS/cm、255 μS/cm、262 μS/cm、230 μS/cm、230 μS/cm、236 μS/cm、220 μS/cm、224 μS/cm、219 μS/cm、222 μS/cm。二段膜殼有10支（編號21#至30#），產水電導率依次為24 400 μS/cm、27 200 μS/cm、26 100 μS/cm、27 200 μS/cm、27 000 μS/cm、26 500 μS/cm、27 100 μS/cm、27 100 μS/cm、27 200 μS/cm、27 200 μS/cm。經計算，一段平均電導率為255 μS/cm，二段平均電導率為26 720 μS/cm，總產水電導率為730 μS/cm，則一段產水占總產水的比例約為98.2%，二段產水占總產水的比例僅為1.8%，二段幾乎不產水，二段膜元件同時存在產水推動力不足及污染（包括無機鹽與膠體物）的可能性較大。

對二段編號為30#的膜殼進行探針測試，從膜殼內第一支膜元件開始，沿進水側方向每隔0.5 m左右取樣，直至最后一支膜元件，觀察產水管道內的電導率變化，探針檢測結果如圖1所示。結果顯示，膜殼內各位置產水電導率普遍較高，取樣點測得的電導率數據連續，沒有明顯的跳點，說明膜殼內膜元件密封性好，沒有明顯泄漏，其脫鹽率均勻降低。拆除的膜元件靜置控水0.5 h后，稱重結果顯示，其明顯高于苦咸水膜的常規質量。

1.3 低壓沖洗測試數據

一級反滲透系統的濃水排放閥門規格為DN65 mm，系統停機后，測定低壓沖洗排水電導率。低壓沖洗時間分別為5 min、10 min、15 min、20 min，對應的排水電導率分別為19 040 μS/cm、9 180 μS/cm、1 548 μS/cm、992 μS/cm。當低壓沖洗時間延長至20 min時，其沖洗排水電導率才較為接近沖洗來水電導率，但現場實際沖洗時間僅為3 min，沖洗效果遠未達到設計要求。系統停機后，濃水側的無機鹽、有機物、膠體物等會在膜表面沉積，造成沉積性污堵，加速膜元件產水衰減[3]。

2 改進建議

焦化廢水成分復雜，有機物含量高，在利用雙膜法對廢水進行深度處理時，要盡可能做到精細化管理，密切關注來水水質變化及系統運行參數變化，及時進行調整和應對[4]。現場檢測發現，一級反滲透膜系統運行并不理想，存在水質指標大幅度偏離設計值、低壓沖洗時間及流量嚴重不足、膜元件嚴重污染、膜元件產水嚴重分布不均等問題。為確保系統更穩定地運行，提出改進建議。

2.1 增大濃水排放管徑，延長低壓沖洗時間

目前，一級反滲透系統低壓沖洗時間嚴重不足，停機時會導致膜元件沉積污染。建議增大濃水排放管徑，適當延長低壓沖洗時間，使低壓沖洗排水電導率與沖洗來水接近，盡可能將污染物沖出膜元件。

2.2 提高增壓泵工作頻率，提高二段反滲透的凈推動力，盡可能平衡一二段產水

目前，系統一段脫鹽率較正常，二段產水量非常少，脫鹽率較低。從產水量來看，二段膜元件幾乎不產水。產水流量降低的原因是凈滲透推動力均勻地遞減。實際上，下游膜元件的凈推動力隨每支元件內上游濃水的壓力損失而降低，因此想要使二段膜元件產更多的水，必須提高二段進水壓力。目前，系統進水含鹽量比設計值高，但二段增壓泵工作頻率偏低，不利于二段產水及一二段膜元件的產水平衡。建議段間增壓泵始終保持滿負荷工作，盡可能增加二段產水量來平衡系統整體產水分布，減少濃差極化帶來的污堵。

2.3 增加來水分析頻次，及時做好運行調整，應對水質波動

要及時對水質進行分析，關注影響一級反滲透系統運行的重要指標。在預防有機物污染的同時，要關注無機物污染。例如，鐵和鋁會與硅發生反應，形成難溶金屬硅酸鹽垢，進而改變SiO2溶解度，加快膜元件污堵。即使水中的硅濃度較低，也會引起系統性能下降。

2.4 做好運行維護記錄，以便了解系統運行狀態，分析故障

建議每隔2 h全面記錄一次系統運行數據，觀察壓力、壓差、濃水量、產水量、電導率等變化趨勢，每隔一段時間分別對總進水、段間出水、總濃水、總產水的電導率進行手測，并做好記錄。通過分析系統運行數據及日常檢測數據，判斷一級反滲透系統的運行狀態，及時發現并解決系統故障。

2.5 做好預處理，保證超濾產水質量

每個工藝段的出水要達到設計水質要求，確保下游系統穩定運行。超濾膜是反滲透進水前最重要的一道預處理工序，其產水質量對反滲透進水來說尤為關鍵。建議對淤泥密度指數進行檢測，一般情況下，超濾產水的淤泥密度指數小于3，同時要關注膜片表面是否干凈、截留物是否異常。

2.6 及時進行化學清洗

焦化廢水成分復雜，含鹽量高，除了無機污染物外，還含有多種有機污染物，非常難以降解[5]。此類難降解的有機物可以穿透超濾膜，但無法穿透反滲透膜，長時間運行時，反滲透膜容易頻繁發生污堵。因此，要及時發現污堵并進行清洗。通常，反滲透標準化產水量顯著下降、膜前進水壓力顯著增加、脫鹽率顯著下降或段間壓差增加明顯時，均應及時進行化學清洗。

3 結語

焦化廢水成分復雜，污染物濃度高，可生化性差，毒性大，色度高，水質波動大，傳統工藝難以實現有效降解。研究表明，雙膜法是焦化廢水深度處理的有效手段，它將超濾、反滲透合理結合，可以提高焦化廢水的深度處理效果，最終實現中水回用。

參考文獻

1 高從堦.反滲透膜分離技術的創新性進展[J].膜科學與技術，2006（6）：1-4.

2 聞曉今，周 正，魏 鋼，等.超濾-納濾對焦化廢水深度處理的試驗研究[J].水處理技術，2010（3）：93-95.

3 周本省.工業水處理技術[M].北京：化學工業出版社，1997：396-397.

4 何建平，李 輝.煉焦化學產品回收技術[M].北京：冶金工業出版社，2006：51-52.

5 王業耀，袁彥肖，田仁生.焦化廢水處理技術研究進展[J].工業水處理，2002（7）：1-5.