铁碳微电解／膜生物反应器工艺在煤制油废水处理中的应用

郭冀峰，付少杰，黄宇华，张承铭，崔倩倩

（长安大学环境科学与工程学院旱区水文与生态效应教育部重点实验室，西安 710054）

铁碳微电解／膜生物反应器工艺在煤制油废水处理中的应用

郭冀峰，付少杰，黄宇华，张承铭，崔倩倩

（长安大学环境科学与工程学院旱区水文与生态效应教育部重点实验室，西安 710054）

在尽量利用原有水处理设施前提下，以铁碳微电解／膜生物反应器工艺对煤制油废水进行了中试，规模为5 m3／h。中试结果表明，铁碳微电解可以将废水中难降解物质转化，提高废水可生化性，经膜生物反应器处理后出水水质可达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级排放标准的要求。吨水处理费用为1.95元，工程实践表明，本工艺在煤制油废水应用方面有良好的应用前景。

煤制油废水；铁碳微电解；膜生物反应器

陕西省是我国能源大省，陕北地区富含煤、石油、天然气等资源。近年来随着资源不断开发，在实现经济效益的同时，环境问题逐渐提上了日程。

陕北某炼油厂主营石油炼化业务，产品主要有汽油、柴油、石脑油、丙烯原料气等。2014年以后，随着该厂生产规模的扩大和原材料供应发生改变，工艺升级为煤制油系统，从而导致废水水质发生改变，组分变得更加复杂，除含有氨氮、硫化物外，同时还增加了吲哚、喹啉等单环或多环芳香族化合物，导致现有废水处理工艺不能使废水达标排放。针对该情况，对废水处理工艺的现状及问题进行了分析，因地制宜，尽量利用现有设施，提出了以铁碳微电解／膜生物反应器为核心的改造工艺，并进行了中试。结果表明，出水水质达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级排放标准的要求。

1 原工艺及水质情况

1.1 原工艺情况

该厂与我国大多数石油炼化厂一样，废水处理工艺为老三套工艺即：隔油－气浮－生化工艺［1］，出水基本上能够达标排放。但是在原水水质发生变化后，出水水质不能稳定达到相应的排放标准的要求。该厂原废水处理工艺流程见图1。

1.2 原处理情况

原工艺处理出水水质情况见表1。

图1 废水处理工艺流程Fig.1 Process flow of wastewater treatment

表1 原水及原构筑物出水水质情况Tab.1 Quality of raw water and effluent water from original treatment units

2 原工艺存在问题及解决方案

2.1 存在问题

（1）混凝气浮部分不能发挥主要功能。由于原水水质发生了变化，变成以含焦油等多种芳香烃为主的溶解性难降解有机物，原水CODCr的质量浓度为2 500～3 100 mg／L，BOD5浓度较低，m（BOD5）／m（CODCr）值为0.1左右，不利于生化系统的处理。

（2）气浮前所加混凝剂PAC对水质去除效果不理想，CODCr去除率仅为8%，而据了解在生产工艺升级之前气浮单元CODCr的去除率为50%，而BOD5浓度不变。这样导致气浮没有发挥应有作用，从而使得后续生化系统的运行不正常。从表1可以看出，出水CODCr浓度不能达标。

（3）二沉池不能实现主要功能。由于该厂废水处理工艺运行年久，虽然每年都有大检修，但是，鉴于所处理废水水质变化大，生化系统承受压力较大，导致活性污泥膨胀、松散等，经过二沉池沉淀后，出水中SS浓度仍较高，不能达标排放。

2.2 解决方案

（1）针对气浮中混凝药剂效果较低的问题，提出采用铁碳微电解工艺预处理隔油后废水。铁碳微电解工艺是在酸性条件下，利用铁和碳之间的电极电位差形成微原电池，从而可以使废水中污染物质去除的工艺［2－4］。该厂废水的pH值为4～5，非常适合铁碳微电解工艺的运行。而且该厂附近有铁厂，可以提供较多的废旧铁屑，节省了运输成本。经铁碳微电解后的废水调节pH值为8左右，可形成Fe（OH）2自行混凝，再经过气浮装置，这样既可提高对CODCr的去除率，又可提高废水的可生化性，同时节省了混凝药剂的成本。

（2）针对二沉池出水中SS较多的现象，提出采用MBR工艺解决问题。MBR工艺是一种将膜组件与活性污泥法相结合的工艺［5－7］，近年来不断地应用于污水处理厂的升级改造中，对SS的去除有很好的作用，同时可以改善出水水质，节省二沉池的占地面积。在生化反应池末端增加膜组件形成MBR工艺，由于该厂曝气风机风量足够，不需要另行增加曝气装置。

（3）由于水处理车间占地面积较小，各工艺构筑物距离不远，可利用节省的二沉池占地的一部分，作为铁碳微电解反应池的用地。

3 中试试验

在废水处理车间内进行了处理规模为5 m3／h的中试试验。试验的工艺流程和主要构筑物如下：

3.1 工艺流程

中试废水处理工艺流程见图2。

中试用水取自调节罐出水，即隔油池出水后的水，此时废水的pH值仍为4～5，呈酸性，正好适合于铁碳微电解，经铁碳微电解工艺处理后，废水的可生化性得以较大的提高。进入脱氨装置，调节废水pH值为碱性，此时由于前期铁碳微电解对酸性的中和，可节约大量碱，从而节省成本。经脱氨后的水进入混凝气浮池，由于Fe（OH）2和Fe（OH）3的絮凝作用，去除废水中的CODCr，同时可以省掉大量的絮凝剂，从而节省成本。经气浮出水进入生化系统，生化系统由一级生化池和MBR池组成，起到把关的作用。

图2 中试废水处理工艺流程Fig.2 Process flow of pilot scale test on wastewater treatment

3.2 主要构筑物

（1）铁碳微电解池。尺寸为Φ 2.0 m×3.5 m，V＝10 m3，HRT＝2 h。钢板材质，内衬PVC防腐，填充铸铁屑8 t。

（2）脱氨塔。尺寸为Φ 3.0 m×4.5 m，V＝30 m3，HRT＝6 h。采用玻璃钢制造，内部填充纤维填料1套，设离心风机2台（1用1备）。

（3）气浮装置。钢制溶气气浮机，处理能力为5 m3／h，成套设备。

（4）一级生化反应池。尺寸为2.5 m×6.0 m× 2.5 m，V＝30 m3，HRT＝6 h。钢制，设离心风机2台（1用1备）。

（5）MBR池。尺寸为2.5m×6.0m×2.5m，V＝30 m3，HRT＝6 h。钢制，设MBR膜片（MBR－20）40片，自吸泵2台（1用1备），反洗泵1台。

3.3 出水水质

中试出水水质见表2。

表2 中试出水水质情况Tab.2 Effluent water quality of pilot scale test

3.4 经济分析

（1）投资费用。MBR系统15万元，铁碳微电解系统1万元。

（2）运行费用。中试期间水处理费用为：药剂费（含加碱脱氨、膜清洗药剂、铁屑填料）0.29元／m3，电耗（潜污泵、自吸泵、风机）1.40元／m3，水耗0.06元／m3，人工费0.20元／m3。吨水处理费用为1.95元。

同时，由于药剂费中省去了PAC的费用，而且车间曝气装置风量足够，不需要另行增加曝气装置，可以节省较大费用。

4 结语

（1）经过中试试验，证明了所采用工艺切实可行，出水水质达到了排放标准。在铁碳微电解的作用下，该工艺对含难降解污染物质的废水可生化性的提高有很好的效果。由于膜的作用，该工艺对SS等水质指标有明显的改善。为后续废水的回用提供了很好的原水。

（2）中试试验中的废水处理成本为1.95元／t。

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Application of Fe/C micro-electrolysis-MBR process in treatment of wastewater from coal liquefaction

GUO Ji－feng，FU Shao－jie，HUANG Yu－hua，ZHANG Cheng－ming，CUI Qian－qian
（Key Laboratory of Subsurface Hydrology and Ecology in Arid Area,Ministry of Education,School of Environmental Science and Engineering,Chang′an University,Xi′an 710054,China）

A pilot scale（5 m3／h）test on Fe/C micro-electrolysis-MBR process treating coal liquefaction wastewater was carried out in the premise of full use of the existing water treatment facilities.The operating results showed that,F/C micro-electrolysis could transform non-degradable pollutants to degradable substances and then,improve biodegradability.The quality of the effluent water from MBR met the specification for grade 1 in GB 8978—1996 Integrated Wastewater Discharge Standard.The cost of wastewater treatment was 1.95 yuan/t.The engineering practice showed that,the said process had a good application prospect in coal liquefaction wastewater treatment.

coal liquefaction wastewater; Fe/C micro-electrolysis; MBR

X703.1

A

1009－2455（2016）01－0036－03

陕西省自然科学基金(2014JM7256)；陕西省建设厅科技项目(2014-K28)；长安大学国家级大学生创新计划(201510710073)；交通运输部科技项目(2012318361110)

郭冀峰（1977－），男，山西高平人，副教授，博士，主要从事污水处理理论和技术研究，（电话）029-82334566（电子信箱）guojifeng@chd.edu.cn。

2015-09-02（修回稿）