反渗透在焦化废水处理中的应用研究修

反渗透在焦化废水处理中的应用研究

摘要:进行了（5～10m3/d）“A2/O+MBR（膜生物反应器）＋反渗透（RO）”组合工艺用于焦化废水深度处理的试验研究。试验结果表明，该组合工艺处理效果优良，RO系统能够长期稳定运行。在进水CODcr平均浓度高达3000ppm，NH3-N浓度220ppm时， RO出水COD<20 mg/L, NH3-N<3 mg/L。

关键词:A2/O工艺;MBR;RO;焦化废水；蒸氨废水;

前言

焦化废水是在生产焦炭、煤气、焦油及焦化产品的过程中产生的废水，含有多种污染物质。其中有机物以酚类化合物为主，占总有机物的一半以上，有机物中还包括多环芳香族化合物和含氮、氧、硫的杂环化合物等。无机污染物主要以氰化物、硫氰化物、硫化物铵盐等为主。其中蒸氨废水是焦化废水中浓度最高，处理难度最大的废水，属难降解的高浓度有机工业废水类。传统处理工艺都是，将其与生活污水或其他低浓度工艺废水混合稀释后，一起进行生化处理，达标排放。

本次试验将RO工艺引入焦化蒸氨废水的深度处理，国内在此尚未有成功的研究报道。1试验装置与方法

1.1、试验装置

试验采用的中试装置在现场完成组装，其中MBR膜分离装置和RO装置都是一体化设备，能够选择手动和自动运行两种方式。

MBR装置采用的是DOWTM FLEXELL-20中空纤维膜，膜平均过滤孔径为0.1μm。装置使用了2支FLEXELL-20膜软件，膜通量在10～20L/m2.h，处理能力为5～10m3/d。

RO装置使用的是DOW FILMTECTM BW30-365-FR膜元件。装置产水量为5～8 m3/d。连续运行，膜池来水加还原剂和阻垢剂后进入系统。系统设置的回收率为65％，70％和80％。图1是中试试验所采用的工艺流程。

1.2试验方法

蒸氨废水先经过调节池，调节池主要是加酸调节pH，调节池出水进入气浮池除油。除油后的废水进入水解酸化池。水解酸化池的作用主要是将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧生物处理。酸化后的出水进入缺氧池，缺氧池带搅拌机，主要是起到反硝化的作用，缺氧池的出水在好氧池被有效的生化降解后进入膜池；在膜池进行泥水分离，产水进入RO装置进行进一步的脱盐处理，活性污泥混合液回流到缺氧池进行反硝化。

蒸氨废水→调节池→A2/O→MBR一体化装置→RO系统（加盐酸、阻

垢剂）→混床

图1 中试系统工艺流程图

2试验水质及运行参数

试验废水来源为山东焦化集团铁雄能源煤化有限公司二分厂蒸氨废水。表1为该废水水质情况。

表1 山东焦化二分厂蒸氨废水水质

试验连续运行了90天。试验过程中MBR膜生物反应器的HRT为55～78小时。焦化废水经过调节、除油后进入水解酸化池，酸化池的水力停留时间为15～24h，缺氧池HRT为16～24h，好氧池的HRT为24～30小时。MLSS控制在8～10g/L。

3 结果及分析

3.1 RO进水SDI分析

SDI值是污染指数的简称，在反渗透系统中，用来衡量反渗透进水的一个重要指标。一般采用15分钟SDI值称作SDI15值。反渗透系统进水要求SDI15＜5，推荐值SDI15＜3。反渗透进水SDI15值越小说明进水对反渗透膜的污染程度越小，反渗透膜的清洗周期越长。SDI15值测定方法是向Φ45mm的0.45µm的微孔滤膜上连续加入一定压力（30PSI，相当于2.1kg/cm2）的被测定水，记录下滤得500ml水所需的时间T0（秒）和15分钟后滤出500ml 水所需的时间T t（秒），按下式计算得SDI15值。

SDI15=(1-T0/T t)×100/15

试验中，RO进水为MBR系统产水，实验期间共获得MBR出水SDI15值数据共43个。MBR 出水SDI值的变化曲线如图2所示。从图中可以看出其出水SDI值最大4.33，最小1.62。

T0（s)

图2 RO系统进水SDI变化曲线图

由于来水受前处理蒸氨设备和生化系统稳定性影响，难以保持相对均匀的进水水质条件。实验中第25d-37d系统来水为未经过蒸氨的焦化废水，原水加入地表水后配水运行，导致MBR产水SDI指数有明显剧烈波动。在实验初期和配水运行阶段（调试阶段和配水运行阶段如在图中标示）SDI偏高，原因可能与配水后生化产水水质偏移有关。在停止配水运行后无论SDI指数还是T0值均恢复稳定时状况。从图2中可以看出实验期间在进水水质相对稳定时SDI均小于3，总体SDI<3比例达到80%。同时实验证实在进水水质无显著变化情况下改变MBR膜通量对SDI值影响不大。

3.2 RO系统脱盐率变化

反渗透数据记录每小时1次，在400L/h通量下累积运行55h，500L/h通量运行120h，600L/h运行77h。反渗透进出水电导率变化曲线和脱盐率曲线如图3。

图3 RO进出水电导率和脱盐率变化曲线

从图中可以看出，反渗透脱盐率随通量提高而提高，经浓水循环后表观脱盐率最高可达98.5%。实验期间进水和浓水压差为0，RO膜过水流道无污堵现象。反渗透不同产水量时具有不同的脱盐率，原因在于产水量越高时，进水压力越高，导致脱盐率越高。

3.3进水温度和pH的变化对RO系统的影响

RO系统进水的温度和pH对膜通量以及反渗透产水水质都会有较大影响。试验期间测得的反渗透进水温度和pH曲线如图4所示

温度℃

图4 RO系统进水水温和PH情况

从图中可以看出，进水水温波动较大对进水压力有一定的影响，在实验接近完成阶段，预处理生化工艺段受pH冲击，硝化细菌大量失活造成MBR系统来水pH在8.2～8.5之间，进入RO系统来水出现人为加酸不足，经过连续运行两天后，RO系统在进水电导变化不大时出现压差上升（相对先前进水压力，ΔP约为0.7bar）。因此严格控制RO系统运行pH是其能稳定产水关键之一。从实验结果看，温度低于34℃，进水pH控制在6.8～7.5之间时可保持RO系统稳定。

3.4 RO系统产水水质

经过MBR生化处理后的焦化废水COD在200～300mg/L的水平，同时含盐量高，成分复杂，硬度和氟离子等结垢离子的含量也高，具有很高的结垢倾向。为了模拟工业系统的实际状况，RO系统采用浓水循环的方式运行，实验期间在保持系统70%回收率条件下。此时该膜元件的工况和工业系统中工况最差的最后一只膜类似。RO系统产水水质情况如表2所示。

表2 RO系统产水水质

产水COD受进水COD含量影响，对COD去除率可达到98%以上，氨氮去除率约为90%。RO系统在通量自400L/h提升到600L/h各运行周期内均无发现有明显污堵现象，无水质冲击的进水条件下产水水质达到预期目标。RO系统产水水质较好，在通过混床之后，可以做为锅炉回用水，节约了生产成本。

3.5 RO系统标准化产水分析

由于进水水质中温度、电导、COD、氨氮等含量波动较大，难以直接衡量RO系统的稳定运行情况，因此采用陶氏RO膜产水标准化程序对RO系统产水进行标准化分析。产水情况如图5。