煤化工污水零排放膜工艺前预处理的选择

煤化工污水零排放膜工艺前预处理的选择

近年来，随着原油价格的提高，以及中国“少气、少油、富煤”的特殊能源结构，中国煤矿行业发展迅速。煤化工废水的组分复杂，是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水，如果处理不当易造成严重的水污染，所以污水处理技术已成为煤化工发展的关键。另外，我国水资源日益紧张，煤化工产业耗水量极大，为了使煤化工产业走上可持续发展的道路，零排放技术和废水的深度回用是势在必行的措施。膜处理方法是一种介于物理处理和生物处理之间的方法，具有很多优点，目前膜处理工艺在煤化工废水上的运用已经有很多实例，尤其是在污水零排放中的应用越来越广。1膜前预处理的概念尽管膜技术有诸多优越性和持续性，但膜污染问题一直是膜处理工艺应用中的瓶颈。膜污染是指膜滤的过程中，由于原水中的颗粒物、胶体、溶质分子，与膜之间存在物理化学作用或者机械作用，在膜表面或者膜孔中积累，从而限制水流通过，进而降低膜通量及其分离性能，影响产水量，造成一定的经济损失。就污染物而言，膜污染一般可以分为4类：颗粒物污染、无机物污染、有机物污染、微生物污染；就污染严重程度而言，膜污染可以分为可逆污染和不可逆污染。最佳条件下，膜工艺可以单独使用，但是实际操作中，为了最大化的减少膜污染，需要对膜处理的进水做一些预处理。膜前预处理指在进行膜处理前，对进水进行适当的处理，去除大的悬浮物以及胶体物质，改变进水的水质，以期减轻膜处理时的污染。膜前预处理是控制膜污染的重要手段。2全膜法回用水处理系统设计流程某煤化工污水处理项目出水要求达到零排放，回用水系列的进水主要是处理后的含盐污水、循环水排污水、化水站反渗透排水和反洗水（包括砂滤、常规超滤反洗水、常规超滤反渗透中和后排水、离子交换再生废水等）。回用水处理的设计思路：先通过混凝沉淀去除水中大部分悬浮物，由于废水有一定的硬度，在混凝的过程中投加石灰和纯碱软化水质，然后通过过滤器进一步降低悬浮物的含量，出水进入超滤和反渗透，进一步去除水中的残留污染物。工艺流程如下：来水—均质调节罐—高密度澄清池—砂滤池—超滤—反渗透—出水。双膜法（超滤+反渗透）是目前回用水处理中常用到的工艺，在运行效果中有突出的表现。本项目用到的超滤膜是外压式中空纤维膜，材质PVDF；反渗透膜是抗污染卷式复合膜，材质是芳香聚酰胺。为了减少膜污染，延长膜的使用年限，提高出水水质，双膜法对进水有比较高的要求。为满足双膜前进水的水质要求，尽量减少膜污染，本项目选择的膜前预处理是高密度澄清池和砂滤池。2.1预处理+混凝高密度澄清池由混凝、絮凝、澄清浓缩、中和单元组成，该工艺是比较成熟的水处理工艺。作为膜前预处理，混凝-沉淀的组合比单独运用混凝工艺高效，在去除悬浮物的同时，可以高效的去除硬度、总磷等物质，实现污泥的同步浓缩，节省占地和投资。混凝剂采用FeCl混凝后进入絮凝区，在絮凝单元回流澄清浓缩单元的污泥，回流污泥可以强化絮凝反应，缩短反应时间，并增加絮体的沉降性能。絮凝剂采用阴离子PAM，通过絮凝反应，使得原水中的有机、无机胶体和不溶性物质得以去除。絮凝单元添加熟石灰和碳酸钠除硬。投加石灰可以去除一部分COD，且碱性条件下对微生物可起到一定的抑制作用。在澄清浓缩单元，较重的污泥沉降至污泥浓缩区，较轻的污泥进入斜管区，经斜管分离后坠入污泥浓缩区。澄清池的出水进入中和池，在中和池内搅拌，投加浓硫酸调整pH至7.5～8，然后进入下一处理工艺—砂滤。2.2沙滤器的安装高密出水自流进入流沙过滤系统，进一步去除水中悬浮物和胶体。连续流沙过滤器是一种均匀介质的接触式深层过滤设备，进水从过滤器底部向上流动，与缓慢下降的沙床充分接触，悬浮物被截留，出水通过上部溢流堰排出砂滤器。本项目的流沙过滤器采用混凝土池，安装于室外，由16台并联运行的流沙过滤器单元组成，滤料采用天然优质石英砂，粒径范围0.8～1.2mm。本套装置已经运行半年，从预处理（高密度澄清池+砂滤）的进出水水质上看，预处理降低了水中COD，对悬浮物、硬度的去除非常高效，但溶解性固体却有所增加。2.3有机物的污染工程实践数据表明：高密度澄清池-砂滤这套组合工艺用于膜前预处理是可行的，具有技术成熟、投资少等优点，但是由于混凝处理时具有选择性，虽说去除了疏水性的带负点的大分子有机物，但是对亲水性有机物去除能力有限，膜处理的运行依然会受到有机物污染的影响，需要经常化学清洗，也降低了膜的使用寿命。混凝剂的电中和作用会降低膜和污染物之间的静电相斥作用，且沉淀和砂滤去除了水中的絮体，减少了絮体和残留的有机物之间在膜表面的竞争作用，残留的有机物更会更多的吸附在膜表面，进入膜孔内部。另外混凝剂的投加量是比较关键的因素，当混凝剂投加量过多时，残留的混凝剂可能会对膜造成不可逆的污染。并且有研究表明，加了砂滤之后的出水对于膜污染的可逆程度较差3一般适用的膜预处理方法3.1混凝剂过滤器多介质过滤器利用一种或者几种过滤介质（无烟煤、石英砂等）过滤的过程，主要是去除水中悬浮物和胶体物质，能有效的去除沉淀过程中不能去除的微小离子和微生物等，在多介质过滤器进水中加入混凝剂可以使颗粒物絮凝长大从而便于拦截。多介质过滤器目前在煤化工的废水处理中也有比较多的实际应用，是膜系统的重要预处理装置。多介质过滤器具有占地面积小、产水回收率高、操作简单等优点。不足之处在于对厂房的高度要求较高。3.2固液分离和自净化可以一次性取代沉淀池、砂滤等膜前预处理工艺，可以直接作为反渗透系统的前处理。高效的固液分离；无需投加絮凝剂、PAM等，无需考虑矾花的沉降效率；无需大量的反冲洗，用水量小；膜的材质很坚硬，使用寿命长。微滤与其他预处理相比，占地面积少，设备总运营成本低，受水质波动影响较小。3.3减少膜污染，减少水处理系统污染物吸附预处理是利用比表面积大的吸附剂吸附水中的溶解性有机物，吸附剂颗粒被膜拦截下来，在降低水中溶解性有机物的同时，减少膜污染。目前，活性炭吸附是研究最多应用最广的吸附工艺，实际运用中常常把活性炭吸附和混凝组合起来，可以弥补混凝对分子量较小的污染物去除能力差的缺点。有研究发现，混凝和活性炭组合预处理对有机物的去除显著提高，可以显著的减缓膜通量下降，膜污染高可逆污染，低不可逆污染3.4氧化剂的筛选氧化剂可以使大分子有机污染物分解成小分子。目前膜前预处理的氧化处理主要是利用臭氧、液氯、二氧化氯等氧化剂，臭氧氧化是目前研究最多的氧化剂。经过臭氧预处理之后，水中的有机物分子量向低分子量转移，臭氧的投入量越大，小分子有机物的比例越高，膜污染的程度越轻。有研究发现：臭氧还有明显的助凝作用，臭氧氧化可以破坏颗粒物表面的有机物，使其脱稳，有利于形成更大的絮体4膜前预处理组合工艺的选择煤化工废水由于其复杂性，单纯的使用常规二级处理很难达到回用的要求，以膜技术为代表的三级处理是较为有效的方法，而如何尽可能的减少膜污染，延长膜的使用寿命，是膜处理的难点，膜前预处理技术被认为是提高膜处理效能、降低膜污染的较为有效的途径。膜前预处理的选择应以成本低、占地小、操作简单且不破坏水质为原则。单一的膜前预处理很难达到理想的出水效果，实际运用中经常采用组合工艺，组合预处理可以最大限度的发挥各个预处理工艺的长处