膜浓缩技术在煤化工废水处理中的应用经验

第第页膜浓缩技术在煤化工废水处理中的应用经验1煤化工废水零排放常见工艺

随着环保政策的收紧，国家对已建和新建的煤化工项目要求废水"零排放'。虽然不同煤化工工艺产生的废水性质有所差异，但传统处理煤化工废水的工艺大多包括生物活性处理、化学沉淀、悬浮物过滤、膜浓缩产水回用和蒸发固化等。图1为煤化工废水"零排放'主要阶段示意。

膜浓缩和蒸发结晶工艺对进水硬度有严格要求，进水硬度越低，结晶过程越顺利，效果越好，通常要求进水硬度低于200mgL-1。因此，可通过加入碳酸钠将硬度沉淀，以溶解度高的Na+离子交换溶解度低的Ca2+离子，防止蒸发器结垢。

蒸发技术一般采用多效蒸发或机械式蒸汽再压缩技术(MVR)，对进水硬度要求也同样高。MVR是目前效率最高的蒸发技术，但在投Z和营运上的费用仍较高。如何能在生物降解后提高浓缩比、减少蒸发量是目前面临的重要问题。

2蒸发阶段的投Z和运行成本

蒸发回收是整个零排放要求的最终环节。因废水中氯离子含量高，会对一般钢材造成严重腐蚀，故蒸发装置需使用钛金属或其它特殊合金，设备制造成本高昂。近期业界多采用MVR，具有一定规模的MVR建造成本约100万元/ht-1。除了建造成本，运行成本也是需要重点考虑的因素。MVR使用蒸汽再压缩技术，可提高蒸汽使用率，极具效益的MVR每吨进液蒸发成本约为60~80元/t。

3膜浓缩技术的难点

为减少蒸发量，部分厂家采用RO膜技术进行浓缩。煤化工废水TDS浓度约为3000mgL-1，硬度约为300mgL-1，COD约为300mgL-1。在高浓缩比的工况下，长时间运行会对膜进口和膜面产生污染。因此需投加药剂除硬，增加了污泥外置费用。卷式RO膜无法进一步提高浓缩比的主要原因有两个：第一是卷式RO膜的进入通道较窄，第二是其膜面剪切力不足。RO膜进口结垢堵塞情况见图2。

3.1通道结构：卷式RO膜组的进口空隙是指膜层间隔离层的厚度，距离仅约为0.5mm。有些RO膜组采用较大厚度的隔离层，但应用在高浓度的废水中效果不明显。不同盐的溶解度各有不同，如纳、钾、氯盐等单价盐的溶解度很高，而如钙、镁盐等双价盐的溶解度却非常低。当钙、镁盐进入RO膜，加上胶状有机物，很容易累积在进口，产生堵塞。解决这一问题的方法较简单，扩大膜与膜之间的空隙即可。市面上采用平板膜设计的一般都可解决通道窄的问题。

3.2膜面结晶：膜面结晶是RO膜应用的重要议题。按结晶理论，结晶状态通常可分为粒状结晶和膜面结晶。当溶液达到溶解度极限范围时，分子相互碰撞产生晶体，晶体是不溶解的粒状固体，随水流方向压到膜面上。粒状晶体堆在膜面上比较松散，或随着水流冲到浓液出口，因此粒状结晶不会对膜通量带来太大影响。粒状结晶见图3。

膜面结晶是盐水在通过膜面时进行脱盐，水被压过膜产生清液，膜面瞬时在高盐浓度下结晶(见图4)。

因高盐分物质平均分布在膜面，晶体逐渐在膜面向外生长，成为一层很坚固的晶体，覆盖在膜面，而且与膜面结合。通常结晶先从低溶解性的盐分开始，如钙、镁离子。钙、镁盐溶解度非常低，虽然含量也相对较低，但几乎无法在不破坏膜的前提下能清洗掉这类结晶盐而恢复通量。

4震动膜工作原理

震动膜的工作原理就是针对膜浓缩的两个难点来设计的。震动膜主要由两个部分组成，膜组和使膜组产生往复运动的振动机械。膜组里是圆形的平板膜，膜片可按需求使用不同精度的膜材。膜片与膜片的间隙为3mm，进口通道比较宽，有效避免了在进口位置产生结