煤化工废水零排放工程中膜集成技术的应用

白佳威 方昱杰

摘    要：众所周知，煤化工废水的成分复杂，主要有烷烃类、酚类、芳香烃类、氨氮、氰等有毒有害物质，污染物含量高，处理难度大。常规的处理工艺难以达到较高的污水循环利用效率，“近零排放”技术是煤化工废水的主要研究方向，符合绿色发展战略目标的目的，是实现污水循环利用和环境可持续发展的必然出路。下面笔者就对此展开探讨。

关键词：煤化工;零排放;膜集成技术

目前煤化工废水零排放主要处理方法有：①热浓缩法，包括多级闪蒸（MSF）、多效蒸发（MSD）、机械式蒸汽再压缩技术（MVR）等;②膜分离技术，包含纳滤（NF）技术、高效反渗透（HERO）技术、碟管式反渗透（SRRO）技术和电渗析（ED）技术等。

一、废水处理工艺流程

某项目工程的废水来源主要有3方面：该厂区内生化装置处理出水，循环水厂排污水，脱盐水站排污水。设计进水量为4500m3/h。一级反渗透产水水质优于GB50050—2007中再生水要求;HERO浓水盐的质量浓度达到30g/L;MVR蒸发浓缩液经晶种分离法得到的硫酸钠晶体满足GB/T6009—2014的II类标准。

二、技术参数

1）一级膜高效沉淀池。采用双碱法降低来水的硬度及碱度，降低后续反渗透处理装置的结垢倾向。处理水量1500m3/h，共3座，并联运行。停留时间：混凝反应池4min;石灰反应池4min;纯碱反应池4min，絮凝反应池6min。澄清池表面负荷q=8m3/（m2.h）。

2）v型滤池。处理水量：1500m3/h，共6座，并联运行，停留时间0.5h，滤速7m/h。

3）—级超滤膜。用于去除水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质，保证超滤出水污泥淤积指数（SDI）≤3。处理水量1500m3/h，共6座，并联运行，回收率≥90%，膜通童（150C）≤50L/（m2.h），设计压力p≤0.2MPa，最大耐受悬浮物质浓度100mg/L，产水浊度≤1NTU，产水SDI≤3。

4）一级反渗透。选用陶氏抗污染系列膜片，采用一级二段膜工艺，产水满足优质再生水水质指标。处理水量1350m3/h，共6组，并联运行，回收率≥75%，设计进水压力1.2MPa，最大运行压力≤1.7MPa，膜通量（150C）≤15L/（m2.h），单组产水量169.8m3/h。

5）高效膜浓缩进料水罐。处理水量37m3/h，16h运行，数量6台。

6）二级膜高效沉淀池。石灰软化澄清池，处理水量435m3/h，共2座，并联运行，停留时间3.64min;纯碱反应池停留时间3.64min，絮凝池停留时间为5.71min，澄清池表面负荷为7.69m3/（m2.h）。

7）石英砂过滤器。处理水量：432m3/h，3台并联运行（2用1备），滤速7m/h。

8）钠离子软化器。去除水中大部分硬度。处理水量425m3/h，4台并联运行（3用1备），强酸型树脂，进水压力0.6MPa。

9）弱酸阳床软化器。去除钠床产水的剩余硬度。处理水量417m3/h，4台并联运行（3用1备），弱酸型树脂，进水压力0.6MPa。

10）脱碳池。处理水量416m3/h，2台并联运行。

11）二级膜工艺超滤膜组。处理水量412m3/h，共3组，并联运行，回收率为90%，膜通量（150C）≤50L/（m2.h），设计压力《0.2MPa，最大耐受悬浮物质量浓度100mg/L，产水浊度≤1NTU，产水SDI≤3。

12）—级两段HERO膜。处理水M370m3/h，共3组，并联运行，回收率>80%，膜通量（150C）≤15L/（m2.h），单组产水量164.5m3/h。

13）强酸阳床。用于去除高效反渗透产水中的氨。处理水量328m3/h，3台并联运行（2用1备），设计压力0.36MPa。

14）MVR设备。用于高效反渗透浓缩液中盐的提纯与浓缩。处理水量50m3/h，共2组，并联运行，结品硫酸钠晶体白度为≥82%。

三、运行效果与讨论

工程项目的核心是在膜集成组合工艺中膜性能的运行效果，考察膜的性能运行数据对整个工程的产水及经济效益有重要的指导意义。

1.一级RO与HERO回收率

收集近3个月的一级RO与HERO运行数据。一级膜工艺的运行条件：RO进水量1350m3/h，进水TDS的质量浓度1.5g/L，pH为6.5-7.5，温度10-350C，操作压力1-1.8MPa：HERO的运行条件：进水量370m3/h，TDS的质量浓度6g/L，pH为9.5-10.8，温度10-350C，操作压力1.8-2.7MPa。统计一级RO与HERO回收率运行效果与进水压力的变化关系。

2.经济性分析

项目竣工验收并调试完毕后，运行3月内，进水量为1500m3/h，产水量达到1125m3/h。其中一级膜工艺中RO回收率能达到75%，脱盐率维持在97%;二级膜工艺中，进水量为370m3/h，HERO回收率可达到80%。药耗成本为2.64元/t，公用工程成本为2.58元/t，耗材成本为2.12元/t，不含MVR部分水处理总成本费用为7.34元/t。整个工程项目中预处理工艺全面，投资增加，但产水回收率高，浓水较少，有效降级后续MVR装置的投资规模，经济性明显，且高效反渗透无需添加昂贵阻垢剂、频繁在线清洗，比常规反渗透工艺运行费用低15-20%。

四、存在问题与建议

1）一级膜工艺中反渗透中间水池水力搅拌效果较差，池体存在死流、盲区。夏季水温较高情况下，微生物大量滋生，造成后续膜污堵严重，建议增加2台水下推进器加强水力扰动，減少次氯酸钠、非氧化杀菌剂的投加量、保安过滤器滤芯更换频率。

2）项目运行后期，浓盐水最大排放量为45-55m3/h，HERO回收率降至78%，低于前期运行效果。建议增大HERO进水流速，保持水流呈揣流状态，降低膜表面浓差极化，提高HERO产水回收率。

3）HERO膜在运行中的浓水TDS含量较低，建议类似工程采取一级三段膜浓缩工艺，将HERO二段浓缩液继续浓缩，增加系统产水回收率，同时提高HERO浓水中TDS含量，降低后续MVR的蒸发能耗。

参考文献：

[1]何晓君.我国煤化工废水“零排放”新思路探索[J].煤化工与甲醇，2019，41（02）：120-122.