焦化廢水作為一種高污染、高濃度、難降解且有毒有害的工業(yè)廢水，在我國工業(yè)廢水排放總量中約占2%，廢水產(chǎn)生量較大。焦化廢水污染物成分復(fù)雜，主要包括酚、氰化物、氨氮、硫氰化物、萘、喹啉、吡啶、蒽、油等，目前一般采用常規(guī)預(yù)處理及生化法進(jìn)行處理，出水可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16171—2012)的強(qiáng)制實(shí)施及環(huán)保要求的逐步提高，對于焦化廢水的處理不再局限于達(dá)標(biāo)排放，而是尋求相對經(jīng)濟(jì)、更為生態(tài)及資源化的回用技術(shù)，以提高焦化廠的水資源重復(fù)利用率。膜分離技術(shù)以運(yùn)行穩(wěn)定、處理效率高、操作簡單、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，成為時下焦化廢水深度處理的研究熱點(diǎn)之一，但其也存在膜污染難以解決、化學(xué)清洗頻繁、濃水處置復(fù)雜等弊端。因此，尋求一種高效、穩(wěn)定的焦化廢水膜法組合深度處理工藝，實(shí)現(xiàn)焦化廢水資源化利用，成為筆者的研究重點(diǎn)。
1 工程概況及工藝流程
1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水量及水質(zhì):河北省某煤化工煉焦企業(yè)的焦化廢水經(jīng)過二級生化處理后需進(jìn)行深度處理， 深度處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理水量為300 m3/h(包含少量雜排水)，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1。
要求設(shè)計(jì)出水水質(zhì)滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50050—2007)中再生水水質(zhì)指標(biāo)要求(其中部分指標(biāo)優(yōu)于規(guī)范要求)，出水作為廠區(qū)生產(chǎn)水補(bǔ)充新水使用，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)如表2 所示。
1.2 工藝流程:通過對該工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)的分析， 該焦化廢水深度處理系統(tǒng)進(jìn)水B/C 為0.28～0.29，碳氮比為0.60～0.74，可生化性差，含鹽量及COD 高，且廢水中包含多環(huán)芳香族化合物、脂肪族化合物等難生物降解的污染物。經(jīng)過綜合分析及比較，確定采用的工藝流程如圖1 所示。
焦化廢水二級生化出水深度處理系統(tǒng)的外排濃水經(jīng)混合后自流進(jìn)入焦化廢水調(diào)節(jié)池， 調(diào)節(jié)水量及水質(zhì)后經(jīng)泵加壓提升進(jìn)入Fenton 反應(yīng)器，加酸控制Fenton 反應(yīng)器的進(jìn)水pH 并投加Fenton 試劑，其出水進(jìn)入絮凝反應(yīng)池，加堿調(diào)節(jié)使絮凝反應(yīng)池進(jìn)水呈中性， 同時投加PAM 強(qiáng)化絮凝， 出水進(jìn)入輻流沉淀池，沉淀池出水進(jìn)入沉淀產(chǎn)水池，再次加壓提升后依次通過多介質(zhì)過濾器及自清洗過濾器進(jìn)行預(yù)過濾，出水進(jìn)入電滲析裝置進(jìn)行初次脫鹽，其出水進(jìn)入緩沖水池，電滲析裝置的濃水排入濃水池供內(nèi)循環(huán)利用， 多余濃水排出系統(tǒng)進(jìn)行綜合利用， 緩沖水池的出水經(jīng)泵提升后進(jìn)入超濾裝置，出水進(jìn)入超濾產(chǎn)水池，超濾產(chǎn)水池出水經(jīng)泵提升通過保安過濾器后進(jìn)入反滲透裝置進(jìn)行再次脫鹽，出水進(jìn)入回用水池，作為廠區(qū)生產(chǎn)補(bǔ)充新水使用， 反滲透裝置濃水回流至沉淀產(chǎn)水池進(jìn)行再次循環(huán)脫鹽。
2 工藝處理單元效能分析
2.1 Fenton 反應(yīng)器、絮凝反應(yīng)池、輻流沉淀池:Fenton 反應(yīng)器是利用Fenton 試劑(H2O2與FeSO4按照一定比例混合成的藥劑)產(chǎn)生的羥基自由基在酸性條件下的超強(qiáng)氧化性， 實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的氧化降解，同時其還具有混凝功能。絮凝反應(yīng)池、輻
流沉淀池是利用物理吸附、架橋、沉淀作用，通過投加混凝劑或助凝劑實(shí)現(xiàn)對污染物的強(qiáng)化分離去除。該工程廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池(水力停留時間為8.2 h)進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)后， 進(jìn)入Fenton 反應(yīng)器。投加H2SO4調(diào)節(jié)Fenton 反應(yīng)器(HRT=2～3 min)的進(jìn)水pH為2.5～3.0， 控制H2O2與FeSO4的投加量分別為0.7～1.2、2.1～3.1 g/L;絮凝反應(yīng)池的反應(yīng)時間設(shè)置為0.17 h，PAM投加量為4~6 mg/L， 其進(jìn)水投加NaOH來調(diào)節(jié)廢水pH 至中性; 輻流沉淀池的水力負(fù)荷為0.85 m3/(m2˙h)， 沉淀時間設(shè)置為4.05 h。廢水經(jīng)Fenton 反應(yīng)器、絮凝反應(yīng)池、輻流沉淀池處理后對COD 的去除效果如圖2所示。
從圖2 可知，F(xiàn)enton 反應(yīng)器進(jìn)水的COD 在179.9~367.2 mg/L 范圍內(nèi)，變化幅度較大，而輻流沉淀池出水的COD 平均為107.1 mg/L，且穩(wěn)定保持在158 mg/L 以下，該部分工藝對COD 的平均去除率為60.8%，去除效果顯著，但其出水仍含有部分難降解的污染物，易造成超濾膜及反滲透膜的污堵，需要進(jìn)一步處理。
2.2 多介質(zhì)過濾器、自清洗過濾器、電滲析裝置:多介質(zhì)過濾器及自清洗過濾器作為電滲析裝置的預(yù)處理設(shè)備，可以去除廢水中的懸浮物、顆粒和膠體，降低廢水的濁度和SDI，使其滿足電滲析裝置的進(jìn)水要求， 電滲析裝置利用直流電場及離子交換膜實(shí)現(xiàn)廢水的初次脫鹽。
該工程采用的立式多介質(zhì)過濾器設(shè)計(jì)出力為80m3/(h˙套)，直徑為5.0 m，共4 臺，回收率≥90%;自清洗過濾器的設(shè)計(jì)出力為200m3/(h˙套)，過濾精度為100 μm;電滲析裝置的處理能力為20 m3/(h˙套)，回收率為65%~75%，脫鹽率為60%~70%，共22 臺。廢水經(jīng)多介質(zhì)過濾器、自清洗過濾器、電滲析裝置處理后對COD、電導(dǎo)率的去除效果如圖3、圖4 所示。
從圖3 可知， 在輻流沉淀池出水COD 平均為107.1 mg/L 條件下，電滲析裝置出水的COD 平均為77.84 mg/L，平均去除率為27.3%，說明多介質(zhì)過濾器、自清洗過濾器對輻流沉淀池出水COD 去除效果穩(wěn)定，可以保證電滲析裝置正常運(yùn)行。根據(jù)工程實(shí)際運(yùn)行工況，電滲析裝置的清洗周期一般為2 個月。從圖4 可知，該工藝的調(diào)節(jié)池出水、輻流沉淀池出水、電滲析裝置出水的電導(dǎo)率分別在5 672~6 573、7 090~9 002、2 127~3 600 μS/cm范圍內(nèi)。由于在Fenton 反應(yīng)器進(jìn)水投加硫酸、絮凝反應(yīng)池進(jìn)水投加NaOH，導(dǎo)致輻流沉淀池出水平均電導(dǎo)率較調(diào)節(jié)池出水高31.4%，但經(jīng)過初次脫鹽后，電滲析裝置出水平均電導(dǎo)率較調(diào)節(jié)池出水低53.2%，脫鹽效果顯著，緩解了后續(xù)反滲透膜的脫鹽壓力。
2.3 超濾裝置、反滲透裝置:超濾裝置作為反滲透裝置的預(yù)處理裝置， 為反滲透裝置提供濁度<0.2 NTU、SDI<3 的進(jìn)水，在降低反滲透裝置的化學(xué)清洗頻率、延長反滲透膜的使用壽命及保障反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行等方面起到保安作用。反滲透裝置作為二級脫鹽裝置，可將廢水中剩余的溶解鹽、膠體、有機(jī)物等去除。該工程采用的超濾膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯(PVDF)膜，膜數(shù)量為60 支/套、平均運(yùn)行通量為60 L/(m2˙h)、產(chǎn)水量為180 m3/(h˙套)，共2 套，超濾產(chǎn)水進(jìn)入超濾產(chǎn)水池(ht為0.67 h)。反滲透裝置前設(shè)置保安過濾器，孔徑為5 μm，共2 臺。反滲透裝置采用渦卷式反滲透膜，膜數(shù)量為204 支/套、回收率70%、平均運(yùn)行通量為15 L/(m2˙h)、產(chǎn)水量為113 m3/(h˙套)，共2 套。廢水經(jīng)超濾裝置、反滲透裝置處理后對COD、電導(dǎo)率的去除效果如圖5、圖6 所示。
從圖5、圖6 可知， 盡管電滲析裝置出水的COD、電導(dǎo)率分別在45.76~105.3 mg/L、2 127~3 600μS/cm 范圍內(nèi)波動，但經(jīng)超濾裝置、反滲透裝置處理后， 產(chǎn)水中的COD、電導(dǎo)率分別保持在14.8 mg/L、200μS/cm 以下。因此，根據(jù)含鹽量、電導(dǎo)率、溶解性總固體之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系(含鹽量/電導(dǎo)率=0.7，溶解性總固體不大于含鹽量5%)得出，反滲透裝置產(chǎn)水滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50050—2007)中的相應(yīng)水質(zhì)指標(biāo)要求。此外經(jīng)過檢測，其他指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)出水要求。根據(jù)工程實(shí)際運(yùn)行工況，反滲透裝置的膜清洗周期一般為3 個月。
3 經(jīng)濟(jì)效益分析
采用上述工藝路線， 該工程廢水回用量為225m3/h，廢水回收率為75%。按照該企業(yè)所在地區(qū)水價3.6 元/m3、電價0.55 元/(kW˙h)計(jì)算，其噸水運(yùn)行成本為12.22 元(含電費(fèi)、人工費(fèi)、設(shè)備維修、藥劑費(fèi)、濾料更換費(fèi)、膜折舊及檢驗(yàn)費(fèi)、后勤保障費(fèi)、管理費(fèi)，不含設(shè)備折舊費(fèi))。
4 結(jié)論與建議
(1)采用該膜法組合深度處理工藝對河北某煤化工企業(yè)焦化廢水二級生化出水進(jìn)行處理， 產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到并優(yōu)于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50050—2007)中的再生水水質(zhì)指標(biāo)要求，產(chǎn)水可作為廠區(qū)生產(chǎn)補(bǔ)充新水使用， 減少了工業(yè)新水用量。
(2)對于含高污染物的焦化廢水二級生化出水，該膜法組合深度處理工藝的廢水回收率可穩(wěn)定達(dá)到75%， 而常規(guī)雙膜法工藝處理該廢水時回收率僅為60%~70%， 該工藝提高了廠區(qū)水系統(tǒng)回收利用率，減少了外排廢水量，緩解了煤化工企業(yè)對周邊環(huán)境造成的污染。
(3)采用Fenton 氧化技術(shù)與電滲析粗脫鹽技術(shù)相結(jié)合的強(qiáng)化預(yù)處理設(shè)施， 可以有效地緩解反滲透裝置的膜污染， 延長反滲透膜的清洗周期至3個月。
(4)該組合工藝為焦化廢水深度處理領(lǐng)域提供了一條可借鑒的工藝路線，具有一定的推廣意義。
來源:《工業(yè)水處理》 作者:馬昕等
特此聲明：
1. 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)。
2. 請文章來源方確保投稿文章內(nèi)容及其附屬圖片無版權(quán)爭議問題，如發(fā)生涉及內(nèi)容、版權(quán)等問題，文章來源方自負(fù)相關(guān)法律責(zé)任。
3. 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請?jiān)谧髌钒l(fā)表之日內(nèi)起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)益。