焦化废水-新型膜组件及超滤膜在焦化废水处理中的应用_罗玉辉

图 1 PVDF 膜与 PE 膜测试数据结果
通过 6 个 多 月 的 对 比 测 试，在 平 均 操 作 负 压 0． 04MPa、其他工况相同的条件下，PVDF 中空纤维 超滤膜平均通量达到 11． 26L / （ m·2 h） ，PE 中空纤维 超滤膜平均通量为 6． 87L / （ m2·h） ，前者是后者的 1． 64 倍。
2 新型外置浸没式膜组件的应用
2． 1 工程概况 2013 年，莱钢焦化厂在 3# 生化出水端建成 1 套
ຫໍສະໝຸດ Baidu超滤膜装置，用于过滤生化出水中的悬浮物。目前 该项目处于调试阶段，各项指标基本达到设计要求。
3#生化的出水量为 80m3 / h，共设置 4 套超滤膜 分离装置，每套膜分离装置的设计产水（ 出水） 能力 为 20m3 / h。每套超滤膜装置内部分为 2 个膜组，总 共 8 个膜组，每个膜组可独立进水、产水、进气（ 气 洗） 、在线水洗（ 反洗 + 正洗） 、在线药洗（ 反洗 + 正 洗） 。项目占地面积约 154m2 ，只相当于 “沉淀 + 混 凝气浮 + 多介质过滤 + 外置超滤”传统工艺占地面
为有效抑制和清除膜污染，超滤装置配备专用 膜清洗器，包括水洗系统和药洗系统。可对超滤装
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置实施包括反向水力清洗、正向水力清洗、反向化学 清洗和正向化学清洗在内的全部膜清洗操作，而且 膜清洗过程均在线完成，无需将膜组件从系统中拆 卸下来，有效维持膜过滤的稳定性和系统产水能力 的稳定性，减轻系统维护管理的劳动强度，同时最大 限度地延长膜组件的使用寿命。表 1 为 2 种常规膜
Luo Yuhui Sui Mingming （ Coke Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron ＆ Steel Group Co．，Ltd．，Laiwu 271104，China）
Abstract： This paper introduces the application of China-made PVDF composite membrane and new type external submerged membrane module in advanced treatment of coke plant wastewater． PVDF has avoided the problems of wire break and exceeding amount of suspended solid in discharged water on condition of ensuring the flux． The new type membrane module has advantages of less space occupation and higher automation level，and the discharged water could be directly reused or used as feed water for reverse osmosis membrane． Key words： Ultrafiltration membrane； Coke plant wastewater； Advanced treatment；
分离装置与新型膜分离装置的对比。 2． 4 工程运行情况 2． 4． 1 超滤产水水质
投产后，连续对超滤进、出水进行监测，SS 指标 满足小于 10mg / L 的设计要求，COD 指标相应地下 降 50mg / L 左右，见图 3。
比较项目 膜元件类型
操作压力
产水方式
膜安装位置
进水要求
膜组件端部积泥问题 清除端部积泥的难易程度 膜清洗频率 膜清洗方式 自动化程度 膜组件更换
反洗： 在线 浸泡： 在线 反洗： 自动 浸泡： 半自动
单只可以单独更换
膜清洗过程劳动强度小， 药剂消耗量小，危险性低
较高 仅能达到预期寿命的 60%～ 90%
新型外置浸没式膜分离装置 中空纤维膜
外压式
负压产水 生物反应池或水处理
构筑物外部
SS≤20 000mg / L
基本避免 容易 较低
反洗： 在线 浸泡： 在线 反洗： 自动 浸泡： 半自动
运行中，曾 2 次将膜组件吊出进行药剂浸泡清 洗，发现 PE 膜已经出现断丝现象，而 PVDF 复合膜未 发现任何物理损伤。期间，曾对 PE 膜、国产 PVDF 均 质膜、国产 PVDF 复合膜进行抗拉对比，其中 PE 膜和 PVDF 均质膜抗拉性较差，在实际生产过程中容易断 裂，而 PVDF 复合膜，人力基本不可能拉断。
1． 3 试验结果与分析 图 1 为国产 PVDF 复合膜与日本 PE 膜的测试
结果。
积的 1 /4 ～ 1 /3。 2． 2 工艺流程
由于 3#生化本身运行效果较好，且结合 2# 生化 MBＲ 膜运行的经验，3# 生化的超滤装置设置在最终 出水端，用于过滤生化出水的悬浮物，图 2 为改造后 的工艺流程图。
通量的前提下，避免了物理损伤带来的断丝、出水悬浮物超标等问题。新型膜组件具有占地面积小、自动化程度高
等优点，其出水可以直接回用或作为反渗透膜的进水。
关键词： 超滤膜； 焦化废水； 深度处理； 产水水质
中图分类号： X784
文献标识码： B
文章编号： 1001－ 3709 （ 2015） 02－ 0055 － 03
运行维护
运行能耗 膜组件实际使用寿命
表 1 2 种常规膜分离装置与新型膜分离装置的综合对比
常规内置式膜分离装置 中空纤维膜、平板膜
外压式
负压产水 生物反应池或水处理
构筑物内部
常规外置式膜分离装置 中空纤维膜、管式膜 外压式（ 中空纤维膜）
内压式（ 中空纤维膜或管式膜）
正压产水
生物反应池或水处理 构筑物外部
Quality of produced water
焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回 收过程中产生的高浓度有机废水。其组成复杂，含 有大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染 物，还含有氰、无机氟离子和氨氮等有毒有害物质， 污染物色度高，属较难生化降解的高浓度有机工业 废水。
焦化废水通常采用物化方法进行预处理，再经 厌氧、好氧生化处理后进行中水回用或排放。随着 新的《炼焦化学工业污染物排放标准》的颁布实施， 经上述工艺处理后的焦化废水中，COD 等指标很难 达标。膜技术、催化氧化技术及高效工程菌种等技 术在焦化废水处理中得到广泛应用。本文介绍了国 产超滤膜及新型膜组件在莱钢焦化厂焦化废水处理 中的应用实例。
1 国产超滤膜在焦化废水处理中的试验
收稿日期： 2014 － 05 － 13 作者简介： 罗玉辉 （ 1976 － ） ，男 ，工程师
基金项目：
1． 1 试验装置 2008 年，莱钢焦化厂将 2# 生化 2 座二沉池改造
为 MBＲ 膜池，每池设置 35 组常规浸没式膜组件，采 用进口的日本三菱 PE 膜。2# 生化处理原水 30m3 / h， 采用新水稀释，产水量 40 ～ 60m3 / h，COD 为 200 ～ 350mg / L，SS≤10mg / L。由于 PE 膜本身强度不够， 加上传统浸没式内置膜在清洗过程中需吊出水面人 工操作，导致膜丝物理断裂较多，对出水悬浮物指标 影响较大。2012 年开始陆续更换新的膜组件，依然 采用三菱 PE 膜，同时在膜池放入 2 组采用国产带 支撑层的 PVDF 复合膜组件，进行对比试验。 1． 2 试验条件与试验方法
0． 575 0． 060 1． 142 1． 777
40． 30 4． 20 80． 00 124． 50
注： 平均电价以 0． 5 元 / kWh 计，日处理量以 1 920m3 计，每年总运行 天数以 365 天计。
3 结论
1） 国产 PVDF 复合膜在确保通量的前提下，避 免了物理损伤带来的断丝、出水悬浮物超标等问题。 同时国产膜具有明显的价格优势，可替代进口膜应 用于焦化废水处理。
图 2 3#生化改造后工艺流程图
超滤系统为 3# 生化的深度处理单元，3# 生化现 有构筑物及设备仍按原工况运行，通过超滤供水泵 将现有回用水池内的生化处理出水提升进入超滤装 置，在超滤产水泵（ 抽吸泵） 提供的负压作用下，超 滤膜过滤产水从超滤装置流出，作为回用水被送至 回用水点，生化处理出水中的悬浮物和大分子物质 则被超滤膜截留形成浓缩液，由超滤回流泵加压送 回系统。浓缩液回流点有 2 处，一处是混合反应池， 另一处是好氧池，既发挥消泡作用，又可以将浓缩液 中携带的微生物和污染物送回好氧池继续参与生化 反应。 2． 3 超滤装置
2） 新型超滤膜组件相比于传统的内置浸没式 超滤及外置式超滤分离装置，具有明显优点，用其取 代传统的“沉淀 + 混凝气浮 + 多介质过滤 + 外置管 式超滤”组 合 工 艺，出 水 可 以 直 接 回 用 或 作 为 反 渗 透膜的进水。
蔡明珠 编辑
单片可以单独更换 膜清洗过程劳动强度小， 药剂消耗量小，危险性低
较低 可达到预期寿命的 90% 以上
图 3 过滤前后出水 COD 和 SS 指标
2． 4． 2 运行成本分析 运行成本分析见表 2。
表 2 运行成本估算
项目
吨水运行费用 / （ 元 ·/ t－1 ）
年运行费用 / （ 万元·a－1 ）
电费 药剂费 膜折旧费 合计
SS≤20 000mg / L
较严重 较难 较高
反洗： 在线 浸泡： 离线 反洗： 自动 浸泡： 手动
单片无法单独更换 膜清洗过程劳动强度大， 药剂消耗量大，危险性高
较高 仅能达到预期寿命的 50%～ 80%
SS≤20mg / L（ 中空纤维膜） SS≤20 000mg / L（ 管式膜）
较严重 较难 较高
DOI:10.16044/j.cnki.rlyhg.2015.02.022
Application of new type membrane module and ultrafiltration membrane
in advanced treatment of coke plant wastewater
超滤装置内部集成中空纤维帘式膜组件，膜组 件浸没安装于膜组器箱体内部，产水方式为外压式， 过滤方式为错流过滤，原水靠超滤供水泵提供后经 进液管进入膜箱底部，压缩空气由膜组器鼓风机提 供后经进气管进入膜箱底部，最后经布气装置的布 气孔扩散出来，膜箱内部形成气水混合液的上升流 动，气水混合液在上升过程中对膜组件进行水力冲 刷，以此来抑制膜污染，确保膜组件始终保持良好的 过滤性能。在超滤产水泵提供的负压作用下，水和 部分小分子物质透过超滤膜，进入产水收集管路，由 超滤产水泵经产水管抽出膜箱，污水中的悬浮物和部 分大分子物质则被超滤膜截留形成浓缩液，浓缩液靠 重力自膜箱上部的出液管流出膜箱，进一步靠重力自 流或由超滤回流泵提升后回流至生化处理系统。
由于污泥脱水机能力较小，膜池 MLSS 维持在 9 ～ 10g / L，膜出水压力控制在 －0． 03MPa 以下。选取 1 组新更换的 PE 膜组件和 1 组 PVDF 膜组件进行 对比，每天记录产水量和负压。
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Mar． 2015 Vol． 46 No．2
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新型膜组件及超滤膜在焦化废水处理中的应用
罗玉辉 隋明明 （ 山钢集团莱芜分公司焦化厂，莱芜 271104）
摘 要： 介绍了国产 PVDF 复合膜及新型外置浸没式膜组件在焦化废水深度处理中的应用。PVDF 复合膜在确保