煤化工污水零排放膜工藝前預(yù)處理的選擇

煤化工污水零排放膜工藝前預(yù)處理的選擇

近年來(lái)，隨著原油價(jià)格的提高，以及中國(guó)“少氣、少油、富煤”的特殊能源結(jié)構(gòu)，中國(guó)煤礦行業(yè)發(fā)展迅速。煤化工廢水的組分復(fù)雜，是一種典型的含有難降解的有機(jī)化合物的工業(yè)廢水，如果處理不當(dāng)易造成嚴(yán)重的水污染，所以污水處理技術(shù)已成為煤化工發(fā)展的關(guān)鍵。另外，我國(guó)水資源日益緊張，煤化工產(chǎn)業(yè)耗水量極大，為了使煤化工產(chǎn)業(yè)走上可持續(xù)發(fā)展的道路，零排放技術(shù)和廢水的深度回用是勢(shì)在必行的措施。膜處理方法是一種介于物理處理和生物處理之間的方法，具有很多優(yōu)點(diǎn)，目前膜處理工藝在煤化工廢水上的運(yùn)用已經(jīng)有很多實(shí)例，尤其是在污水零排放中的應(yīng)用越來(lái)越廣。1膜前預(yù)處理的概念盡管膜技術(shù)有諸多優(yōu)越性和持續(xù)性，但膜污染問(wèn)題一直是膜處理工藝應(yīng)用中的瓶頸。膜污染是指膜濾的過(guò)程中，由于原水中的顆粒物、膠體、溶質(zhì)分子，與膜之間存在物理化學(xué)作用或者機(jī)械作用，在膜表面或者膜孔中積累，從而限制水流通過(guò)，進(jìn)而降低膜通量及其分離性能，影響產(chǎn)水量，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。就污染物而言，膜污染一般可以分為4類：顆粒物污染、無(wú)機(jī)物污染、有機(jī)物污染、微生物污染；就污染嚴(yán)重程度而言，膜污染可以分為可逆污染和不可逆污染。最佳條件下，膜工藝可以單獨(dú)使用，但是實(shí)際操作中，為了最大化的減少膜污染，需要對(duì)膜處理的進(jìn)水做一些預(yù)處理。膜前預(yù)處理指在進(jìn)行膜處理前，對(duì)進(jìn)水進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，去除大的懸浮物以及膠體物質(zhì)，改變進(jìn)水的水質(zhì)，以期減輕膜處理時(shí)的污染。膜前預(yù)處理是控制膜污染的重要手段。2全膜法回用水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程某煤化工污水處理項(xiàng)目出水要求達(dá)到零排放，回用水系列的進(jìn)水主要是處理后的含鹽污水、循環(huán)水排污水、化水站反滲透排水和反洗水（包括砂濾、常規(guī)超濾反洗水、常規(guī)超濾反滲透中和后排水、離子交換再生廢水等）?；赜盟幚淼脑O(shè)計(jì)思路：先通過(guò)混凝沉淀去除水中大部分懸浮物，由于廢水有一定的硬度，在混凝的過(guò)程中投加石灰和純堿軟化水質(zhì)，然后通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)一步降低懸浮物的含量，出水進(jìn)入超濾和反滲透，進(jìn)一步去除水中的殘留污染物。工藝流程如下：來(lái)水—均質(zhì)調(diào)節(jié)罐—高密度澄清池—砂濾池—超濾—反滲透—出水。雙膜法（超濾+反滲透）是目前回用水處理中常用到的工藝，在運(yùn)行效果中有突出的表現(xiàn)。本項(xiàng)目用到的超濾膜是外壓式中空纖維膜，材質(zhì)PVDF；反滲透膜是抗污染卷式復(fù)合膜，材質(zhì)是芳香聚酰胺。為了減少膜污染，延長(zhǎng)膜的使用年限，提高出水水質(zhì)，雙膜法對(duì)進(jìn)水有比較高的要求。為滿足雙膜前進(jìn)水的水質(zhì)要求，盡量減少膜污染，本項(xiàng)目選擇的膜前預(yù)處理是高密度澄清池和砂濾池。2.1預(yù)處理+混凝高密度澄清池由混凝、絮凝、澄清濃縮、中和單元組成，該工藝是比較成熟的水處理工藝。作為膜前預(yù)處理，混凝-沉淀的組合比單獨(dú)運(yùn)用混凝工藝高效，在去除懸浮物的同時(shí)，可以高效的去除硬度、總磷等物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污泥的同步濃縮，節(jié)省占地和投資?；炷齽┎捎肍eCl混凝后進(jìn)入絮凝區(qū)，在絮凝單元回流澄清濃縮單元的污泥，回流污泥可以強(qiáng)化絮凝反應(yīng)，縮短反應(yīng)時(shí)間，并增加絮體的沉降性能。絮凝劑采用陰離子PAM，通過(guò)絮凝反應(yīng)，使得原水中的有機(jī)、無(wú)機(jī)膠體和不溶性物質(zhì)得以去除。絮凝單元添加熟石灰和碳酸鈉除硬。投加石灰可以去除一部分COD，且堿性條件下對(duì)微生物可起到一定的抑制作用。在澄清濃縮單元，較重的污泥沉降至污泥濃縮區(qū)，較輕的污泥進(jìn)入斜管區(qū)，經(jīng)斜管分離后墜入污泥濃縮區(qū)。澄清池的出水進(jìn)入中和池，在中和池內(nèi)攪拌，投加濃硫酸調(diào)整pH至7.5～8，然后進(jìn)入下一處理工藝—砂濾。2.2沙濾器的安裝高密出水自流進(jìn)入流沙過(guò)濾系統(tǒng)，進(jìn)一步去除水中懸浮物和膠體。連續(xù)流沙過(guò)濾器是一種均勻介質(zhì)的接觸式深層過(guò)濾設(shè)備，進(jìn)水從過(guò)濾器底部向上流動(dòng)，與緩慢下降的沙床充分接觸，懸浮物被截留，出水通過(guò)上部溢流堰排出砂濾器。本項(xiàng)目的流沙過(guò)濾器采用混凝土池，安裝于室外，由16臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的流沙過(guò)濾器單元組成，濾料采用天然優(yōu)質(zhì)石英砂，粒徑范圍0.8～1.2mm。本套裝置已經(jīng)運(yùn)行半年，從預(yù)處理（高密度澄清池+砂濾）的進(jìn)出水水質(zhì)上看，預(yù)處理降低了水中COD，對(duì)懸浮物、硬度的去除非常高效，但溶解性固體卻有所增加。2.3有機(jī)物的污染工程實(shí)踐數(shù)據(jù)表明：高密度澄清池-砂濾這套組合工藝用于膜前預(yù)處理是可行的，具有技術(shù)成熟、投資少等優(yōu)點(diǎn)，但是由于混凝處理時(shí)具有選擇性，雖說(shuō)去除了疏水性的帶負(fù)點(diǎn)的大分子有機(jī)物，但是對(duì)親水性有機(jī)物去除能力有限，膜處理的運(yùn)行依然會(huì)受到有機(jī)物污染的影響，需要經(jīng)?；瘜W(xué)清洗，也降低了膜的使用壽命?；炷齽┑碾娭泻妥饔脮?huì)降低膜和污染物之間的靜電相斥作用，且沉淀和砂濾去除了水中的絮體，減少了絮體和殘留的有機(jī)物之間在膜表面的競(jìng)爭(zhēng)作用，殘留的有機(jī)物更會(huì)更多的吸附在膜表面，進(jìn)入膜孔內(nèi)部。另外混凝劑的投加量是比較關(guān)鍵的因素，當(dāng)混凝劑投加量過(guò)多時(shí)，殘留的混凝劑可能會(huì)對(duì)膜造成不可逆的污染。并且有研究表明，加了砂濾之后的出水對(duì)于膜污染的可逆程度較差3一般適用的膜預(yù)處理方法3.1混凝劑過(guò)濾器多介質(zhì)過(guò)濾器利用一種或者幾種過(guò)濾介質(zhì)（無(wú)煙煤、石英砂等）過(guò)濾的過(guò)程，主要是去除水中懸浮物和膠體物質(zhì)，能有效的去除沉淀過(guò)程中不能去除的微小離子和微生物等，在多介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)水中加入混凝劑可以使顆粒物絮凝長(zhǎng)大從而便于攔截。多介質(zhì)過(guò)濾器目前在煤化工的廢水處理中也有比較多的實(shí)際應(yīng)用，是膜系統(tǒng)的重要預(yù)處理裝置。多介質(zhì)過(guò)濾器具有占地面積小、產(chǎn)水回收率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處在于對(duì)廠房的高度要求較高。3.2固液分離和自凈化可以一次性取代沉淀池、砂濾等膜前預(yù)處理工藝，可以直接作為反滲透系統(tǒng)的前處理。高效的固液分離；無(wú)需投加絮凝劑、PAM等，無(wú)需考慮礬花的沉降效率；無(wú)需大量的反沖洗，用水量??；膜的材質(zhì)很堅(jiān)硬，使用壽命長(zhǎng)。微濾與其他預(yù)處理相比，占地面積少，設(shè)備總運(yùn)營(yíng)成本低，受水質(zhì)波動(dòng)影響較小。3.3減少膜污染，減少水處理系統(tǒng)污染物吸附預(yù)處理是利用比表面積大的吸附劑吸附水中的溶解性有機(jī)物，吸附劑顆粒被膜攔截下來(lái)，在降低水中溶解性有機(jī)物的同時(shí)，減少膜污染。目前，活性炭吸附是研究最多應(yīng)用最廣的吸附工藝，實(shí)際運(yùn)用中常常把活性炭吸附和混凝組合起來(lái)，可以彌補(bǔ)混凝對(duì)分子量較小的污染物去除能力差的缺點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)，混凝和活性炭組合預(yù)處理對(duì)有機(jī)物的去除顯著提高，可以顯著的減緩膜通量下降，膜污染高可逆污染，低不可逆污染3.4氧化劑的篩選氧化劑可以使大分子有機(jī)污染物分解成小分子。目前膜前預(yù)處理的氧化處理主要是利用臭氧、液氯、二氧化氯等氧化劑，臭氧氧化是目前研究最多的氧化劑。經(jīng)過(guò)臭氧預(yù)處理之后，水中的有機(jī)物分子量向低分子量轉(zhuǎn)移，臭氧的投入量越大，小分子有機(jī)物的比例越高，膜污染的程度越輕。有研究發(fā)現(xiàn)：臭氧還有明顯的助凝作用，臭氧氧化可以破壞顆粒物表面的有機(jī)物，使其脫穩(wěn)，有利于形成更大的絮體4膜前預(yù)處理組合工藝的選擇煤化工廢水由于其復(fù)雜性，單純的使用常規(guī)二級(jí)處理很難達(dá)到回用的要求，以膜技術(shù)為代表的三級(jí)處理是較為有效的方法，而如何盡可能的減少膜污染，延長(zhǎng)膜的使用壽命，是膜處理的難點(diǎn)，膜前預(yù)處理技術(shù)被認(rèn)為是提高膜處理效能、降低膜污染的較為有效的途徑。膜前預(yù)處理的選擇應(yīng)以成本低、占地小、操作簡(jiǎn)單且不破壞水質(zhì)為原則。單一的膜前預(yù)處理很難達(dá)到理想的出水效果，實(shí)際運(yùn)用中經(jīng)常采用組合工藝，組合預(yù)處理可以最大限度的發(fā)揮各個(gè)預(yù)處理工藝的長(zhǎng)處