關(guān)鍵詞:污水處理運(yùn)營(yíng) 污水處理外包 工業(yè)污水處理 污水處理第三方運(yùn)行 工業(yè)廢水處理 生活污水處理
我國(guó)西北部水資源匱乏而煤炭資源豐富,這一現(xiàn)狀極大地阻礙了該地區(qū)煤化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,所以研究煤化工廢水深度處理具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。但傳統(tǒng)污廢再生處理技術(shù)由于其自身缺點(diǎn)與不足已不能滿足要求,膜技術(shù)在近幾年得到了突破性的進(jìn)展,為廢水再生回用奠定了一定的基礎(chǔ)。MBR-RO是膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法有機(jī)結(jié)合的廢水處理工藝,對(duì)于MBR工藝,污泥停留時(shí)間(SRT)可以不依賴于水力停留時(shí)間(HRT)而單獨(dú)加以控制,即可以通過膜的截留作用,在不增加池容的前提下延長(zhǎng)SRT,可使硝化細(xì)菌這類生長(zhǎng)緩慢的微生物在系統(tǒng)中被保留,強(qiáng)化系統(tǒng)脫氮效果。
本試驗(yàn)場(chǎng)所為寧夏某煤化工綜合廢水處理廠,其來水為寧煤集團(tuán)下屬煤制烯烴廠、煤制甲醇廠、煤制聚甲醛廠和煤制二甲醚廠的生產(chǎn)廢水及部分生活污水,各廠廢水經(jīng)廠內(nèi)廢水處理站生化處理達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后排入綜合廢水處理廠,經(jīng)過深度處理后水質(zhì)指標(biāo)需滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50050-2007)中的再生水水質(zhì)指標(biāo)的要求。目前綜合廢水處理廠的處理工藝為曝氣生物濾池-砂濾-超濾-反滲透,由于來水有機(jī)物含量少、B/C低,該工藝的曝氣生物濾池-砂濾階段對(duì)細(xì)微的懸浮物去除效果差,導(dǎo)致后續(xù)超濾膜系統(tǒng)污堵嚴(yán)重,需頻繁化學(xué)清洗,增加處理成本。本研究根據(jù)來水水質(zhì)特點(diǎn),采用強(qiáng)化型MBR-RO 反滲透組合工藝替代原工藝進(jìn)行深度處理,出水使水質(zhì)達(dá)到再生水回用標(biāo)準(zhǔn)。重點(diǎn)考察了MBR-RO工藝對(duì)COD、NH3-N、濁度、懸浮物(SS)、硬度以及電導(dǎo)率的去除效果,以及對(duì)試驗(yàn)中膜的性能特點(diǎn)、膜通量、運(yùn)行參數(shù)、化學(xué)藥劑清洗維護(hù)效果的確定,為同類廢水處理工藝改進(jìn)及設(shè)計(jì)提供參考。
1 試驗(yàn)裝置與方法
1.1 試驗(yàn)裝置與流程
工藝流程見圖1。來水依次進(jìn)入強(qiáng)化型MBR系統(tǒng)和RO反滲透系統(tǒng),從而使最終處理出水達(dá)到再生水水質(zhì)指標(biāo)的要求。強(qiáng)化型MBR系統(tǒng)使用中空纖維膜組件,膜絲底端固定封裝,上端被單獨(dú)密封且可以自由擺動(dòng)。為了防止膜絲污堵,在膜束中間有一個(gè)曝氣噴嘴,曝氣氣流直接吹向膜絲束??諝庠谡麄€(gè)膜絲長(zhǎng)度上進(jìn)行擦洗,有助于清掃沉積在膜絲表面的物質(zhì),不僅降低了能耗,而且大大減少了污堵。反滲透系統(tǒng)分為兩段,一段濃水進(jìn)入二段,由此提高水的回收率。
1.2 試驗(yàn)水質(zhì)及特點(diǎn)
該試驗(yàn)用水四個(gè)分廠排放的為煤制烯烴、甲醇、聚甲醛和二甲醚,其經(jīng)各廠內(nèi)廢水處理站處理后達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。具體水質(zhì)和中水回用指標(biāo)如表1所示。
1.3 試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)
本試驗(yàn)具體工藝參數(shù)為:MBR系統(tǒng)運(yùn)行一周期產(chǎn)水10min,產(chǎn)水反洗1min,總水力停留時(shí)間為2h?;旌弦簼舛龋∕LSS)控制在3 500~5 000mg/L,SRT控制在20d左右。好氧池DO控制在2~3mg/L。反滲透系統(tǒng)進(jìn)水pH控制在5.2~5.6,進(jìn)水壓力低于1.7MPa,進(jìn)水、濃水壓差低于0.35MPa。
1.4 分析方法
測(cè)定項(xiàng)目包括COD、NH3-N、SS、硬度和電導(dǎo)率等,均采用國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行測(cè)定:COD測(cè)定用重鉻酸鉀法,SS測(cè)定用重量法(采用中速定量濾紙過濾),硬度測(cè)定用EDTA 滴定法,電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀測(cè)定。
2 結(jié)果與討論
2.1 MBR系統(tǒng)對(duì)污染物的去除效果
2.1.1 COD去除效果
膜池進(jìn)出水COD的變化見圖2。系統(tǒng)進(jìn)水COD為80.8~207.3 mg/L,膜池出水COD為23.8~37.6mg/L,平均出水COD27.5mg/L。平均去除率為72.6%。膜出水COD較穩(wěn)定,受進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)影響不大。其中盡管第8d、第9d該廠來水異常,進(jìn)水COD超過200mg/L,其去除效果仍然較好,MBR工藝的抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)??梢?,膜本身的分離、截留能力比較強(qiáng),起到穩(wěn)定出水的作用。
2.1.2 NH3-N去除效果
膜池進(jìn)出水NH3-N的變化見圖3。NH3-N的進(jìn)水為8.7~23.9mg/L,平均進(jìn)水為16.4mg/L。系統(tǒng)出水NH3-N為0.9~3.8mg/L,平均出水為2.4mg/L,平均去除率為85.4%。系統(tǒng)保持較好的NH3-N的去除效果,主要是由于系統(tǒng)污泥濃度高和膜組件的截留作用,使得生長(zhǎng)緩慢的硝化細(xì)菌容易積累,保證了MBR系統(tǒng)具有較好的NH3-N去除效果和抗沖擊負(fù)荷能力。
2.1.3 SS和濁度去除效果
該系統(tǒng)對(duì)SS去除效果明顯,出水清澈透明,無明顯懸浮物,濾紙(中速定量濾紙)過濾法檢測(cè)懸浮物未檢出;出水濁度均低于0.4NTU??梢姡琈BR系統(tǒng)對(duì)懸浮物有超強(qiáng)的截留過濾能力,出水效果好。這符合本工藝的設(shè)計(jì)思路,即首先通過MBR系統(tǒng)去除絕大部分懸浮物,保證后續(xù)反滲透膜能在較高通量下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,降低反滲透膜污堵速率。
2.1.4 MBR系統(tǒng)跨膜壓差的變化
最初膜通量設(shè)為15L/(m2·h),連續(xù)運(yùn)行20d,MBR的跨膜壓差(TMP)幾乎沒有變化,膜通量沒有下降,說明該通量下膜的抗污堵性能良好。由圖4可知,將膜通量提高到20L/(m2·h)時(shí),初始TMP維持在2kPa左右,每周期末端TMP增大到4kPa,膜通量降低為19.2L/(m2·h)左右;當(dāng)運(yùn)行到第8d時(shí),膜通量開始迅速降低,同時(shí)跨膜壓差升高加快;連續(xù)運(yùn)行12d后,每周期末端TMP增大到5kPa,膜通量降低到18L/(m2·h)左右,可見,該膜通量下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,膜有一定的污堵。通過化學(xué)藥劑清洗后,繼續(xù)運(yùn)行膜通量為20L/(m2·h),膜性能參數(shù)與化學(xué)藥劑清洗前相同。圖4為膜通量20L/(m2·h)時(shí)每個(gè)產(chǎn)水周期末端的跨膜壓差和膜通量隨時(shí)間的變化,每個(gè)數(shù)值為當(dāng)天4個(gè)不同時(shí)刻的均值。
2.2 反滲透系統(tǒng)對(duì)污染物的去除效果
2.2.1 硬度和鹽度去除效果
由圖5可知,反滲透系統(tǒng)對(duì)硬度和鹽度有極高的去除率,硬度去除率一直在87.7%以上,除鹽率也在95.3%以上。反滲透系統(tǒng)控制二段進(jìn)水pH5.2~5.6,其原因?yàn)榉礉B透膜對(duì)水中CO2的透過率幾乎為100%,將導(dǎo)致濃水側(cè)pH 升高,引起水中HCO3-轉(zhuǎn)化為CO32-;二段進(jìn)水為一段的濃水,水中Ca2+、Mg2+濃度比原水高1~2倍,因此,可以有效防止CaCO3、MgCO3在反滲透膜表面上結(jié)垢析出;但是當(dāng)進(jìn)水pH 過低時(shí),反滲透膜對(duì)鹽度的去除率降低,產(chǎn)水電導(dǎo)率升高并且運(yùn)行成本較高;所以控制二段進(jìn)水pH5.2~5.6是一個(gè)合理經(jīng)濟(jì)的范圍。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng),反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水、濃水壓差逐漸增大,除鹽率逐漸下降。分析原因?yàn)椋涸诜礉B透去除鹽分過程中,由于反滲透膜對(duì)Ca2+、Mg2+的透過率幾乎為零,當(dāng)給水被濃縮后,最終濃水中的Ca2+、Mg2+濃度為最初的3~4倍,這樣,極容易造成CaSO4、BaSO4等在反滲透膜表面上結(jié)垢析出,使反滲透膜壓差增大,產(chǎn)水率和除鹽率下降。
2.2.2 COD和濁度去除效果
經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定,反滲透系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水COD有一定的去除效果,出水COD在11.7~19.3mg/L,COD去除率在48.7%~50.8%波動(dòng)。反滲透系統(tǒng)幾乎完全去除了水中的濁度,試驗(yàn)中未能在反滲透出水中檢測(cè)出濁度。反滲透對(duì)COD的去除效果見圖6。
2.3 MBR-RO 組合工藝處理煤化工廢水的效果
煤化工廢水經(jīng)過強(qiáng)化型MBR-RO 反滲透組合工藝深度處理后,COD、NH3-N、硬度以及電導(dǎo)率去除率分別可達(dá)83.2%、85.4%、87.7%和95.3%以上。其出水水質(zhì)COD為11.7~19.3mg/L,NH3-N為0.9~3.8mg/L,硬度為21.9~37.5mg/L,電導(dǎo)率為79~96μS/cm,SS和濁度被完全去除。強(qiáng)化型MBR-RO 反滲透組合工藝處理煤化工廢水取得了良好的效果,出水水質(zhì)滿足再生水水質(zhì)指標(biāo)的要求。
3 結(jié)論
(1)在試驗(yàn)水質(zhì)條件下,強(qiáng)化型MBR系統(tǒng)對(duì)COD、NH3-N、濁度和SS都具有較高的去除效率,分別達(dá)到72.6%、85.4%、98.8%以及100%。MBR系統(tǒng)是提高出水水質(zhì)的有效手段,但是對(duì)硬度和鹽度無明顯去除效果。由于MBR系統(tǒng)對(duì)濁度和SS的有效去除,可作為反滲透的前置預(yù)處理單元。
(2)反滲透裝置可完全去除MBR出水中剩余的SS和濁度,并去除絕大部分硬度和鹽度,同時(shí)對(duì)COD也有一定去除效果。
(3)在試驗(yàn)水質(zhì)下,MBR超濾膜的臨界膜通量為20L/(m2·h)。為了減緩膜污染,提高M(jìn)BR膜的使用性能及壽命,確定化學(xué)藥劑在線清洗周期為12d。
(4)運(yùn)用強(qiáng)化型MBR-RO反滲透組合工藝處理煤化工廢水,SS和色度可被完全去除,COD、硬度、電導(dǎo)率的去除率分別可達(dá)83.2%、87.7%和95.3%以上。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》(GB50050-2007)中的再生水水質(zhì)指標(biāo)的要求。
(5)強(qiáng)化型MBR-RO反滲透組合工藝是深度處理煤化工廢水的一種可行方案,在實(shí)際運(yùn)用中還需控制膜污染的問題,延長(zhǎng)裝置使用壽命,降低污水處理成本。