摘要: 介紹了國(guó)產(chǎn)PVDF 復(fù)合膜及新型外置浸沒式膜組件在焦化廢水深度處理中的應(yīng)用。PVDF 復(fù)合膜在確保通量的前提下，避免了物理損傷帶來的斷絲、出水懸浮物超標(biāo)等問題。新型膜組件具有占地面積小、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，其出水可以直接回用或作為反滲透膜的進(jìn)水。

關(guān)鍵詞: 超濾膜; 焦化廢水; 深度處理; 產(chǎn)水水質(zhì)

焦化廢水是煤制焦炭、煤氣凈化及焦化產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水。其組成復(fù)雜，含有大量的酚類、聯(lián)苯、吡啶、吲哚和喹啉等有機(jī)污染物，還含有氰、無機(jī)氟離子和氨氮等有毒有害物質(zhì)，污染物色度高，屬較難生化降解的高濃度有機(jī)工業(yè)廢水。

焦化廢水通常采用物化方法進(jìn)行預(yù)處理，再經(jīng)厭氧、好氧生化處理后進(jìn)行中水回用或排放。隨著新的《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的頒布實(shí)施，經(jīng)上述工藝處理后的焦化廢水中，COD 等指標(biāo)很難達(dá)標(biāo)。膜技術(shù)、催化氧化技術(shù)及高效工程菌種等技術(shù)在焦化廢水處理中得到廣泛應(yīng)用。本文介紹了國(guó)產(chǎn)超濾膜及新型膜組件在萊鋼焦化廠焦化廢水處理中的應(yīng)用實(shí)例。

1 國(guó)產(chǎn)超濾膜在焦化廢水處理中的試驗(yàn)

1. 1 試驗(yàn)裝置

2008 年，萊鋼焦化廠將2#生化2 座二沉池改造為MBR 膜池，每池設(shè)置35 組常規(guī)浸沒式膜組件，采用進(jìn)口的日本三菱PE 膜。2#生化處理原水30m3 /h，采用新水稀釋，產(chǎn)水量40 ～ 60m3 /h，COD 為200 ～350mg /L，SS≤10mg /L。由于PE 膜本身強(qiáng)度不夠，加上傳統(tǒng)浸沒式內(nèi)置膜在清洗過程中需吊出水面人工操作，導(dǎo)致膜絲物理斷裂較多，對(duì)出水懸浮物指標(biāo)影響較大。2012 年開始陸續(xù)更換新的膜組件，依然采用三菱PE 膜，同時(shí)在膜池放入2 組采用國(guó)產(chǎn)帶支撐層的PVDF 復(fù)合膜組件，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

1. 2 試驗(yàn)條件與試驗(yàn)方法

由于污泥脫水機(jī)能力較小，膜池MLSS 維持在9～ 10g /L，膜出水壓力控制在-0. 03MPa 以下。選取1 組新更換的PE 膜組件和1 組PVDF 膜組件進(jìn)行對(duì)比，每天記錄產(chǎn)水量和負(fù)壓。

1. 3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖1 為國(guó)產(chǎn)PVDF 復(fù)合膜與日本PE 膜的測(cè)試結(jié)果。

通過6 個(gè)多月的對(duì)比測(cè)試，在平均操作負(fù)壓0. 04MPa、其他工況相同的條件下，PVDF 中空纖維超濾膜平均通量達(dá)到11. 26L /( m2·h) ，PE 中空纖維超濾膜平均通量為6. 87L /( m2·h) ，前者是后者的1. 64 倍。

運(yùn)行中，曾2 次將膜組件吊出進(jìn)行藥劑浸泡清洗，發(fā)現(xiàn)PE 膜已經(jīng)出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，而PVDF 復(fù)合膜未發(fā)現(xiàn)任何物理損傷。期間，曾對(duì)PE 膜、國(guó)產(chǎn)PVDF 均質(zhì)膜、國(guó)產(chǎn)PVDF 復(fù)合膜進(jìn)行抗拉對(duì)比，其中PE 膜和PVDF 均質(zhì)膜抗拉性較差，在實(shí)際生產(chǎn)過程中容易斷裂，而PVDF 復(fù)合膜，人力基本不可能拉斷。

2 新型外置浸沒式膜組件的應(yīng)用

2. 1 工程概況

2013 年，萊鋼焦化廠在3#生化出水端建成1 套超濾膜裝置，用于過濾生化出水中的懸浮物。目前該項(xiàng)目處于調(diào)試階段，各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3#生化的出水量為80m3 /h，共設(shè)置4 套超濾膜分離裝置，每套膜分離裝置的設(shè)計(jì)產(chǎn)水( 出水) 能力為20m3 /h。每套超濾膜裝置內(nèi)部分為2 個(gè)膜組，總共8 個(gè)膜組，每個(gè)膜組可獨(dú)立進(jìn)水、產(chǎn)水、進(jìn)氣( 氣洗) 、在線水洗( 反洗+ 正洗) 、在線藥洗( 反洗+ 正洗) 。項(xiàng)目占地面積約154m2，只相當(dāng)于“沉淀+ 混凝氣浮+ 多介質(zhì)過濾+ 外置超濾”傳統(tǒng)工藝占地面積的1 /4 ～ 1 /3。

2. 2 工藝流程

由于3#生化本身運(yùn)行效果較好，且結(jié)合2#生化MBR 膜運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，3#生化的超濾裝置設(shè)置在最終出水端，用于過濾生化出水的懸浮物，圖2 為改造后的工藝流程圖。

超濾系統(tǒng)為3#生化的深度處理單元，3# 生化現(xiàn)有構(gòu)筑物及設(shè)備仍按原工況運(yùn)行，通過超濾供水泵將現(xiàn)有回用水池內(nèi)的生化處理出水提升進(jìn)入超濾裝置，在超濾產(chǎn)水泵( 抽吸泵) 提供的負(fù)壓作用下，超濾膜過濾產(chǎn)水從超濾裝置流出，作為回用水被送至回用水點(diǎn)，生化處理出水中的懸浮物和大分子物質(zhì)則被超濾膜截留形成濃縮液，由超濾回流泵加壓送回系統(tǒng)。濃縮液回流點(diǎn)有2 處，一處是混合反應(yīng)池，另一處是好氧池，既發(fā)揮消泡作用，又可以將濃縮液中攜帶的微生物和污染物送回好氧池繼續(xù)參與生化反應(yīng)。

2. 3 超濾裝置

超濾裝置內(nèi)部集成中空纖維簾式膜組件，膜組件浸沒安裝于膜組器箱體內(nèi)部，產(chǎn)水方式為外壓式，過濾方式為錯(cuò)流過濾，原水靠超濾供水泵提供后經(jīng)進(jìn)液管進(jìn)入膜箱底部，壓縮空氣由膜組器鼓風(fēng)機(jī)提供后經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入膜箱底部，最后經(jīng)布?xì)庋b置的布?xì)饪讛U(kuò)散出來，膜箱內(nèi)部形成氣水混合液的上升流動(dòng)，氣水混合液在上升過程中對(duì)膜組件進(jìn)行水力沖刷，以此來抑制膜污染，確保膜組件始終保持良好的過濾性能。在超濾產(chǎn)水泵提供的負(fù)壓作用下，水和部分小分子物質(zhì)透過超濾膜，進(jìn)入產(chǎn)水收集管路，由超濾產(chǎn)水泵經(jīng)產(chǎn)水管抽出膜箱，污水中的懸浮物和部分大分子物質(zhì)則被超濾膜截留形成濃縮液，濃縮液靠重力自膜箱上部的出液管流出膜箱，進(jìn)一步靠重力自流或由超濾回流泵提升后回流至生化處理系統(tǒng)。

為有效抑制和清除膜污染，超濾裝置配備專用膜清洗器，包括水洗系統(tǒng)和藥洗系統(tǒng)?？蓪?duì)超濾裝置實(shí)施包括反向水力清洗、正向水力清洗、反向化學(xué)清洗和正向化學(xué)清洗在內(nèi)的全部膜清洗操作，而且膜清洗過程均在線完成，無需將膜組件從系統(tǒng)中拆卸下來，有效維持膜過濾的穩(wěn)定性和系統(tǒng)產(chǎn)水能力的穩(wěn)定性，減輕系統(tǒng)維護(hù)管理的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)最大限度地延長(zhǎng)膜組件的使用壽命。表1 為2 種常規(guī)膜分離裝置與新型膜分離裝置的對(duì)比。

2. 4 工程運(yùn)行情況

2. 4. 1 超濾產(chǎn)水水質(zhì)

投產(chǎn)后，連續(xù)對(duì)超濾進(jìn)、出水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，SS 指標(biāo)滿足小于10mg /L 的設(shè)計(jì)要求，COD 指標(biāo)相應(yīng)地下降50mg /L 左右，見圖3。

2. 4. 2 運(yùn)行成本分析

運(yùn)行成本分析見表2。

3 結(jié)論

1) 國(guó)產(chǎn)PVDF 復(fù)合膜在確保通量的前提下，避免了物理損傷帶來的斷絲、出水懸浮物超標(biāo)等問題。同時(shí)國(guó)產(chǎn)膜具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，可替代進(jìn)口膜應(yīng)用于焦化廢水處理。

2) 新型超濾膜組件相比于傳統(tǒng)的內(nèi)置浸沒式超濾及外置式超濾分離裝置，具有明顯優(yōu)點(diǎn)，用其取代傳統(tǒng)的“沉淀+ 混凝氣浮+ 多介質(zhì)過濾+ 外置管式超濾”組合工藝，出水可以直接回用或作為反滲透膜的進(jìn)水。