高效集成水处理系统在煤化工废水深度处理中的应用研究

周丽霞，董瑞光，易汉平，吴 珍，2 ，李继定

（1.鄂尔多斯市紫荆创新研究院，内蒙古 鄂尔多斯 017000；2.鄂尔多斯应用技术学院，化学工程系，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

随着我国经济的快速发展，工业化进程也在不断加快。近年来，以煤为原料的煤化工产业发展迅速，其中规模较大的有煤制油、煤制气以及煤焦化等[1-2]。由于煤化工行业采取的工艺不同，其产生的废水种类也有一定差异[3-4]。目前，煤化工行业采用的主要处理工艺为：酚氨回收+脱油除浊+生化处理+絮凝沉淀。由于煤化工废水中的污染物成分复杂，处理难度大，经以上工艺处理后仍然很难达到国家排放或回用标准[5-6]，因此，需要研究经济而有效的深度处理技术，既能帮助企业增加经济效益和社会效益，又能达到保护水资源的目的。

高效集成净水系统（High Effect Integrated Technology，简称HEIT）是从过滤材料和孔道结构研究入手，根据不同的原水水质和吸附脱附平衡原理、荷叶效应和仿生学原理，结合流体力学模拟（CFD）成果，构筑和设计了强大的抗污染系统，克服了石英砂过滤板结问题，避开了微滤、超滤、过滤采用的化学清洗。因此，此系统非常适用于污水预处理以及混凝沉淀后的深度处理。

1 实验内容

高效集成水处理系统测试设备采用双罐串联的运行方式，测试原水为二沉池出水。运行过程中：每天8:00～17:00之间，间隔约60 min记录一次设备产水量以及在线浊度仪检测的浊度值；夜间，此系统自动运行。

2 实验结果与讨论

2.1 设备进、出水浊度测试

煤液化废水经生化及絮凝沉淀处理后，会有少量肉眼可见的悬浮固体颗粒，颜色呈黄褐色，但经HEIT设备处理后的出水无肉眼可见的悬浮颗粒，其透明度得到提高且颜色明显变浅。HEIT测试设备进、出水浊度的检测结果如图1所示：

图1 测试设备进、出水浊度检测值

从图1可以看出，经生化及絮凝沉淀处理后的出水（测试设备进水原水）水质波动较大，浊度仪检测值在2.51～27.18 NTU不等，分析原因可能是由于生产排放原水的水质不稳定、絮凝沉淀池排泥搅动等因素引起的。经过统计分析得知，HEIT测试设备的平均进水浊度为10.38 NTU；产水浊度最低为1.1 NTU，最高为10 NTU，在线浊度仪检测的平均产水浊度为4.527 NTU；最高浊度去除率为77.0%，最低浊度去除率为33.33%，平均浊度去除率约为55.15%。

由于浊度仪检测值均利用的是光散射或透射光强衰减原理，测试时发现，水样呈现的微黄色对检测值有一定影响。为了消除色度对浊度检测的干扰，采用活性炭对设备产水进行了脱色处理。活性炭脱色是利用其吸附原理，使水中溶解性的致色物质因被活性炭吸附而去除，对水中的致浊物质基本不产生影响。脱色后水样感官上看清澈透明，无明显颜色。其中，对浊度值为3.1 NTU的设备产水，采用活性炭脱色后浊度值为1.5 NTU。

例如，煤制油公司质检部门检测的原水浊度为35.8 mg/L，脱色后的浊度为3.6 mg/L。通过脱色测试可以看出，色度对浊度的检测值存在较大干扰。脱色前检测的浊度值比实际值增加了约2倍，而脱色前分光光度法检测的浊度值比实际值增加了近10倍。因此，消除色度的影响后，HEIT设备产水浊度修正为最低0.55 NTU，最高5 NTU，平均产水浊度为2.264 NTU。

2.2 设备处理流量测试

由于生化出水水质波动较大，且生产废水经微生物生化作用及聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺等絮凝药剂的加入，水中可能含有粘结性较强的胶体，因此，HEIT测试设备采用相对低速运行，设计运行流速30 m/h，设计额定处理水量45 m3/h。

HEIT测试设备流量测试结果如图2所示。从图2可以看出，在原水水质大幅波动情况下，设备出水流量随原水水质变化在45 m3/h附近有少许波动；原水水质基本稳定时，设备产水流量稳定维持在50 m3/h。统计实际平均产水流量为48.17 m3/h，且在连续运行过程中未出现流量随时间变化而逐渐降低的定向趋势，说明设备运行稳定，产水流量未出现不可逆的衰减。

图2 测试设备出水流量测试

2.3 设备进、出水压差测试

本次测试HEIT测试设备采用双罐串联运行，设置1 #清洗周期为2 h，2 #清洗周期为4 h。1 #平均运行压力损失约在0.04 Mp，2 #平均运行压力损失约在0.07 Mp，通过周期性运行及自动清洗，设备压力损失得到恢复，未出现不可恢复性的污堵状况。

2.4 设计及计算

清水回收率的计算：测试设备设置成1 #清洗周期为2 h，2 #清洗周期为4 h，每次清洗时间约为15 min，其中气洗为1.5 min，水洗为1.5 min，排水约为2 min，并重复三次。运行和反洗均用同一台水泵，则回收率=（产水流量/进水流量）×100%=（产水时间/进水时间）×100%=93.02%。

运行成本的计算：HEIT系统运行无需加药，在此仅计算耗电成本。50 m3/h测试设备配置15 kW水泵一台，15 kW风机一台，一级每日清洗10次，二级每日清洗5次，每次清洗用时为15 min，电机使用功率按75%计算。所以，水泵日运行时间为21.125 h，风机日运行时间为1.125 h，日处理用电量为15×22.25×0.75=250.31 kW·h，日处理出水量为45×24=1 080 m3/d，按每度电0.6元计算，吨处理成本=250.31×0.6/1 080=0.139元。

3 结论

（1）从以上测试及分析计算结果可以看出，HEIT设备对于经过生化和絮凝沉淀后的煤制油生产废水有较好的适用性，消除色度影响后HEIT设备产水浊度最低为0.55 NTU，最高为5 NTU，平均产水浊度为2.262 NTU。

（2）在额定流量条件下，设备进、出水压力、流量稳定，未出现因污堵而导致的压力显著波动以及流量不可逆衰减情况。

（3）本测试样机清水回收率约93.02%，运行吨水电耗成本约为0.139元。