MBR-RO工藝深度處理煤化工廢水

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。