焦化廢水處理工藝研究

　　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(guó)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)》(G B8978- - 1996 )中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn) (z- 隨 著 《煉焦化學(xué)T 業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 》(G B 1617 1— 2O12 )的強(qiáng)制實(shí)施及環(huán)保要求的逐步提高。對(duì)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(duì)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(jiǎn)單 、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。成為時(shí)下焦化廢水深度處理的研究熱點(diǎn)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T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)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(jí)生化處理后需進(jìn)行深度處理。深度處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)處水量為 300 m (包含少量雜排水)，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表 1

　　表1設(shè)進(jìn)水水質(zhì)

　　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》(G B 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。

 表 2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

　　1.2 工藝流程

　　通過對(duì)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0.6O～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

　　圖1  工藝流程

　　焦化廢水，二級(jí)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(shí)投加PA M 強(qiáng)化絮凝 .出水進(jìn)入輻、流沉、淀池。沉淀池出水進(jìn)人沉淀產(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)人超濾裝置。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 (H202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(duì)有機(jī)污染物的氧化降解，同時(shí)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(duì)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(shí)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H 2SO 4調(diào)節(jié) Fenton 反應(yīng)器 (H R T=2～3 m in )的進(jìn)水pH為2.5～3.0，控制HO與 FeSO 的投加量分別為O.7～1.2、2.1～3.1 g/L ：絮凝反應(yīng)池的反應(yīng)時(shí)問設(shè)置為0.17 h .PA M 投加 量為4～6 m # L .其進(jìn)水投加NaO H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 m V (m 2.h).沉淀時(shí)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(duì)COD的去除效果如圖2所示.

　　圖2   COD 的去除效果

　　從圖2可知Fenton 反應(yīng)器進(jìn)水的 CO D 在179.9～367.2 m g/L 范圍內(nèi)，變化幅度較大，而輻流沉淀池出水的 CO D 平均為107.1 m g/L 。且穩(wěn)定保持在158 m g/L 以下 .該部分工藝對(duì) C O D 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 SD I.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(chǎng)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80m 3/(h ·套 )，直徑為 5.0 m ，共4臺(tái) ，回收率 ≥9O% ;自清洗過濾器的設(shè)計(jì)出力為 200 m T(h·套 )。過濾精度為100 D m ;電滲析裝置的處理能力為20 m f f(h .套 )，回收率為65%～75%，脫鹽 率 為 60%～70% ，共 22 臺(tái) 。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(duì)COD、電導(dǎo)率 的去除效果如圖3、圖4 所示。

　　圖3  COD 的去除效果

　　圈4   電導(dǎo)率的去除效果

　　從圖3可知，在輻流沉淀池出水COD 平均為107.1 m g/L 條件下，電滲析裝置出水的COD 平均為77.84 m g 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(duì)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(gè)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 S/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N aOH .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 N TU 、SDI<3 的進(jìn)水，在降低反滲透裝置 的化學(xué)清洗頻率 、延長(zhǎng)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(jí)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(PV D F )膜 ，膜數(shù)量為60 支/套、平均運(yùn)行通量為60 L/(m 2.h)、產(chǎn)水量為180 m 3/(h .套 )，共2套超濾產(chǎn)水進(jìn)入超濾產(chǎn)水池 ( 為0.67 h )。反滲透裝置前設(shè)置保安過濾器，孔徑為5Dm .共2臺(tái)。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/(m 2.h )、產(chǎn)水量為113 m f f(h .套).共2 套。廢水經(jīng)超濾裝置、反滲透裝置處理后對(duì)COD 、電導(dǎo)率的去除效果如圖5 、圖6 所示。

　　圖5  COD的去除效果

　　圖6   電導(dǎo)率的去除效果

　　從圖5 、圖6 可知，盡管電滲析裝置出水的CO D 、電導(dǎo)率分別在45.76～105.3 m g/L 、2 127～3 600~ S/cm 范圍內(nèi)波動(dòng)，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l4.8 m g/L 、200 ~S/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》(G B 50050—2007 )中的相應(yīng)水質(zhì)指標(biāo)要求。此外經(jīng)過檢測(cè)，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(gè)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225m 3/h 。廢水回收率為75%。按照該企業(yè)所在地區(qū)水價(jià)3.6 元/m 3、電價(jià) 0.55 元/(kW ·h)計(jì)算 ，其噸水運(yùn)行成本為l2.22 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))。具體參見污水寶商城資料或http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　4 結(jié)論與建議

　　(1)采用該膜法組合深度處理工藝對(duì)河北某煤化工企業(yè)焦化廢水二級(jí)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》(G B50050- - 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(duì)于含高污染物的焦化廢水二級(jí)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(shí)回收率僅 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(duì)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(zhǎng)反滲透膜 的清洗周期至3個(gè)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。