焦化废水膜法组合深度处理工艺设计与应用

焦化废水作为一种高污染、高浓度、难降解且有毒有害的工业废水，在我国工业废水排放量中约占2%，废水产生量较大。焦化废水污染物成分复杂，主要包含酚、氰化物、硫化氢、硫氰化物、吡啶、苯、油类等，现在一般选用预处理及生化法进行处理。随着《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）的强制实施及环保要求的逐步提高，关于焦化废水的处理不再局限于合格排放，而是寻求相对经济、更为生态及资源化的回用技术，以进一步提高焦化企业的水资源重复利用率。膜分离技术以运行稳定、处理效率高、操作简单、无二次污染等长处，成为时下焦化废水深度处理的研讨热点之一，但其也存在膜污染难以解决、化学清洗频繁、浓水处置杂乱等坏处。因而，寻求一种高效、稳定的焦化废水膜法组合深度处理工艺，完成焦化废水资源化利用，成为笔者的探究要点。

1 膜法水处理

膜法水处理是近年来不断发展完善的一种水处理技术。在污水回用、海水淡化及物料分离等方面皆有广泛应用，其作业原理是以选择性透过膜为分离介质，使废水中的成分选择性的透过膜，从而起到分离净化的作用。

膜法主要包括超滤、逆渗透及纳滤技术。超滤膜技术是以压力为动力，利用超滤膜中分布的不同孔径对液体进行分离的物理作业过程，其过滤孔几乎能够截留液体中所有的胶体颗粒、蛋白质及大分子有机物。膜分离系统具有良好的化学稳定性，同时具有耐酸、耐碱及耐水解的可靠性能，能够在强酸、强碱及各种有机溶液条件下使用，适用于焦化废水的深度处理作业。

纳滤是一种精密性膜分离技术，因其孔径仅为几纳米，截留分子量在80–1000的范围之内，因此称之为纳滤。纳滤技术是从反渗透技术中分离出的一种膜分离技术，属于超低压反渗透技术的延续及发展分支。纳滤膜系统存在着纳米级的细孔，截留率大于95%，其高效的拦截率适用于海水淡化、污水处理及环境保护等领域。

将超滤与纳滤工艺组合应用于焦化废水的深度处理中，对各类高浓度的有毒化合物可进行有效拦截，且系统过滤精度高，处理效果稳定、设备所需空间有限、处理作业能力较强，可用于每小时上百吨的工业废水处理。

2 工艺流程

通过对水质进行工程设计，焦化废水深度处理系统进水B/C为0.28～0.29，碳氮比为0.60～0.74，可生化性差，含盐量及COD高，且废水中包含多环芳香族化合物、脂肪族化合物等难生物降解的污染物。

焦化废水除油后进入调节池，再经由生化处理系统进行处理，生化处理后的废水流经芬顿反应器，加入芬顿试剂，出水进入絮凝反应池，加碱调节絮凝反应池的水至中性，添加PAM絮凝的出水进入辐流式沉淀池，沉淀池出水作为焦化废水深度处理系统的进水。进水进入试验系统调节池进行水质和水量调节，再经由砂滤器过滤水中颗粒较大的悬浮物后进入缓冲水池，再由泵抽入超滤装置和反渗透装置进行深度处理，最后得到深度处理后的出水用作工业循环水，试验产水率约为70%，产生的浓水直接排出，实际运行过程中还需考虑浓水的处置。

3 试验水样及设备

试验以大型焦化厂生化系统混凝沉淀池出水的一般废水为样，水样指标情况：CODcr150–250 mg/L、氨氮10–30 mg/L、挥发酚2–10 mg/L、氰化物2–10 mg/L、石油类10–20 mg/L、PH6.5–7.5、浊度实15–120 NTU。

试验设备：调节池，用来进行水质及水量的调节；砂滤器，孔径为600mm，用于初步过滤原水中颗粒较大的悬浮物；超滤系统采用UOF–IV，其孔径为0.002–0.1微米之间，用于截留大分子物质及杂质；保安过滤器为JML–230/5，用于保护纳滤膜系统部件不被悬浮颗粒所堵塞；纳滤膜采用NF8040，用于截留相对分子质量为数百的物质。

超滤装置作为反渗透装置的预处理装置，为反渗透装置提供浊度<0.2NTU、SDI<3的进水，在降低反渗透装置的化学清洗频率、延长反渗透膜的使用寿命及保障反渗透系统的稳定运行等方面起到保安作用。反渗透装置作为二级脱盐装置，可将废水中剩余的溶解盐、胶体、有机物等去除。该工程采用的超滤膜材质为聚偏氟乙烯（PVDF）膜，膜数量为60支/套、平均运行通量为60L/（m2?h）、产水量为180m3/（h?套），共2套，超滤产水进入超滤产水池（ht为0.67h）。反渗透装置前设置保安过滤器，孔径为5μm，共2台。反渗透装置采用涡卷式反渗透膜，膜数量为204支/套、回收率70%、平均运行通量为15L/（m2?h）、产水量为113m3/（h?套），共2套。

4 试验过程

分析总结纳滤及超滤膜在焦化废水深度处理中的试验结果，试验水处理工艺流程为：生化混凝沉淀池——调节池——砂滤器——中间水槽——保安过滤器——超滤装置——缓存水槽——保安过滤器——反渗透装置——出水储水槽。

试验内容：将A2/O生物处理法混凝沉淀处理后的焦化废水作为超滤和纳滤工艺组合系统的原水。检测处理前后的COD、氨氮浓度、浊度的对比变化进行分析，并结合环保部颁发的《污水再生利用工程设计规范》（GB50335—2002）中的相关指标进行对比。

5 工艺处理效果

试验可知，超滤和纳滤组合工艺对废水的处理效果受原水COD的影响较大，原水中COD增加或减少时，超滤出水中的COD也会随之增加或减少。经60天的连续试验表明：超滤与纳滤组合对原水中进行过滤后的出水COD指标基本稳定在60 mg/L，显示出此组合工艺对处理废水COD的高效稳定效率。

对氨氮浓度的去除效果：原水中的氨氮指标在20 mg/L左右，经超滤-纳滤设备处理后，氨氮浓度有明显降低，基本在10 mg/L以下，超滤的平均去除率为31%，纳滤的平均去除率为75%。

对浊度的去除效果：原水浊度在15-120NTU，经超滤设备过滤后出水低于1.6NTU，纳滤出水低于1.0NTU，且去除效果较为稳定，工艺对原水浊度的平均去除率约为98%，对浊度物质几乎能够实现全部截留，具有良好的去浊功能。

采用超滤与纳滤组合工艺进行深度处理后的出水指标基本达到《污水再生利用工程设计规范》（GB50335—2002）中再生水用作冷却用水的水质控制标准。

6 结论

超滤与纳滤组合系统对焦化废水的深度处理效果明显，该系统对去除废水中高浓度有机物及多种化合物的效果较为突出。通过超滤与纳滤工艺的联合使用，可以使废水的COD保持在60mg/L以下，使氨氮保持在10mg/L以下，使浊度保持在1NTU以下，出水的各项指标均能达到循环冷却水补充用水标准，且设备组合装置运行稳定，适用于焦化行业废水的深度处理。其自动化的操作，不仅能够为相关企业节省大量人力，而且出水可直接回用至循环水系统，能够有效降低新鲜水消耗，同时实现了焦化废水的零排放。