双膜法与树脂吸附组合工艺在焦化废水深度处理上的应用

董明

（中冶焦耐工程技术有限公司，辽宁 大连 116000）

双膜法与树脂吸附组合工艺在焦化废水深度处理上的应用

董明

（中冶焦耐工程技术有限公司，辽宁 大连 116000）

经过AAO脱氮处理后的焦化废水仍然含有较高浓度的悬浮物、CODCr、NH3－N、Cl－、溶解性固体等，采用超滤－树脂吸附－反渗透组合工艺处理该废水，不仅使出水水质达到GB 50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》中的回用水标准的要求，而且能够较好地解决单一双膜法膜元件易污堵、清洗频繁的问题。介绍了处理工艺的流程及其选择说明，给出了主要建筑物的设计参数及经济分析，该工艺处理成本约为5.98元／m3。

焦化废水；深度处理；回用；双膜法；树脂吸附

焦化废水一直以来因其水质组分复杂、毒性大、水质波动大，成为难处理的工业废水之一。2012年10月1日正式实施的GB 16171—2012《炼焦化学工业污染物排放标准》不但提高了多种污染物的排放标准，而且降低了单位产品的允许排水量。这就要求生化后的焦化废水还要采用深度处理工艺进行处理，提高废水回用率，减少排放水量。

1 工程概况

某钢铁联合企业焦化分厂年产焦炭120万t，焦炉煤气33 600万m3。生产废水主要由炼焦车间、煤气净化车间产生的工业废水和部分生活污水组成，废水中的主要污染物是CODCr、NH3－N、酚、氰化物等。生产废水经过AAO脱氮处理工艺及后续的双膜法与树脂吸附组合工艺处理后，出水回用作循环水系统的补充水，膜系统浓水送钢铁联合企业综合水处理厂进行处理。

2 设计规模及进、出水水质

2.1 设计规模

本工程项目废水深度处理设计规模为2 400 m3／d。

2.2 设计进、出水水质

本工程的进水为经过AAO脱氮处理的焦化废水和生活污水，出水回用作循环水系统的补充水，出水水质要求达到GB 50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》中的再生水水质要求，具体的进、出水水质如表1所示。

表1 设计进、出水水质Tab.1 Design influent and effluent water quality

3 处理工艺

3.1 处理工艺的确定

由表1可知，废水深度处理主要去除废水中的悬浮物、CODCr、Cl－、NH3－N、溶解性总固体等。对于上述几种污染物，总溶解性固体的去除，目前有效的处理方法主要有蒸馏法、离子交换法、电渗析法、反渗透法等几种［1］，其中蒸馏法的投资及运行成本都极其高昂；电渗析技术在废水处理回用上还处在评价阶段，尚无工程实例应用；而单独的离子交换工艺处理含有较多悬浮物、有机污染物的焦化废水也易造成堵塞、树脂结块等问题；因此反渗透法成为焦化废水深度处理的首选工艺。

虽然传统的双膜法（超滤-反渗透）工艺在净水处理上从20世纪80年代已开始推广应用［2-3］，不过在焦化废水处理上采用双膜法工艺仍是近几年的事情［4-7］。一些采用双膜法工艺的废水回用系统在实际运行中不同程度地出现了超滤、反渗透系统污堵快、清洗频繁的现象［8-9］。有研究表明超滤膜对于CODCr的拦截能力有限，只有不到25%的CODCr能被超滤膜拦截［10］，其余大部分CODCr均穿过超滤膜进入反渗透装置，从而造成反渗透膜元件的污堵。

为了确保整个双膜法系统安全可靠地运行，需要在反渗透装置前设置专门的CODCr脱除设施。通过对交换树脂产品进行筛选，含季铵官能团的苯乙烯强碱性阴离子交换树脂具有对焦化废水CODCr的高吸附能力（静态吸附的CODCr去除率大于80%）、优异的机械强度、优良的抗盐抗污染能力，以及对CODCr快速吸附和快速清洗分离的特性。因此，废水深度处理最终确定以超滤-树脂吸附-反渗透为核心的处理工艺。

3.2 处理工艺流程

装置的进水是生化处理站二沉池的出水，在混合、反应澄清池中去除水中大部分的硬度、碱度、悬浮物、胶体、浊度后，经水泵提升依次进入多介质过滤器和超滤单元进行过滤，在这里大分子有机物、悬浮物、胶体和细菌等被截留。超滤产水进入超滤水池，经提升进入树脂吸附单元，在这里利用树脂吸附废水中难降解的有机物、降低废水色度后进入中间水池。然后由水泵提升经保安过滤器、高压泵进入原水反渗透单元，去除95%以上的溶解固体等。原水反渗透产水进入产品水池。为提高系统回收率，原水反渗透浓水进入浓水缓冲水箱，由浓水反渗透单元再回收一部分原水反渗透浓水。浓水反渗透的产水进入产品水池，与原水反渗透的产水混合后外供至厂内各用水点。双膜法主体处理工艺流程如图1所示。

图1 双膜法主体处理工艺流程Fig.1 Main flow of double membrane process

由于在树脂再生过程中使用了大量的酸、碱、盐，若直接排放不但对环境造成污染，还会提高深度处理的运行成本，因此单独设置1套废盐回收系统。温度50℃左右的树脂再生废液用水泵提升后，经板式换热器降温、保安过滤器、高压泵进入纳滤装置，其产水送往盐碱计量箱或盐池，浓水回再生废液池循环处理。一部分浓缩后的废液送中和池调整pH值后，送往全厂综合水处理进一步处理。

4 主要处理单元及设计参数

（1）混合池。平面尺寸为2.0 m×2.0 m，有效水深为1.4 m，混合时间为200 s。设混合搅拌机1台，功率为1.5 kW。

（2）反应池。分2格，单格平面尺寸为2.8 m× 2.8 m，有效水深为3.3 m，水力停留时间为18 min。设反应搅拌机2台，功率为1.5 kW。

（3）澄清池。分2格，单格平面尺寸为4.0 m× 4.0 m，池边水深为5.0 m，表面负荷为5.3 m3／（m2· h）。设中心传动刮泥机2台，功率为0.55kW；循环污泥泵4台，流量为5 m3／h，扬程为20 m，污泥排放泵3台，流量为5 m3／h，扬程为40 m。

（4）过滤单元。含多介质过滤器3台，直径为3200mm，无烟煤滤料高度为400m，石英砂滤料高度为800 mm，滤速为5 m／h，强制滤速为7.5 m／h。设清水泵2台，流量为150 m3／h，扬程为35 m；过滤器反洗泵2台，流量为240 m3／h，扬程为18 m；反洗风机2台，流量为6m3／min，风压为58.8kPa。

（5）超滤单元。含超滤装置3套，每套含12 支SFP2880型外压式中空纤维膜及连接管路、阀门、测量仪表，设计通量为40 L／（m2·h），回收率不小于90%。设超滤反洗泵3台，流量为100 m3／h，扬程为20 m。

（6）树脂吸附单元。含树脂吸附器3台，直径为1 800 mm，Ambersep WR64树脂高度为3 700 m，滤速为21.5 m／h。设吸附器进水泵2台，流量为110 m3／h，扬程为25 m；反洗泵2台，流量为30 m3／h，扬程为25 m；冲洗泵2台，流量为20 m3／h，扬程为30 m。

（7）反渗透单元。原水反渗透装置2套，每套含54支BW30FR－400／34i型卷式膜元件及连接管路、阀门、测量仪表，两段6∶3排列方式，设段间增压，设计通量为17.5 L／（m2·h），回收率不小于70%。设原水反渗透给水泵3台，流量为50 m3／h，扬程为30 m；原水反渗透高压泵2台，流量为50 m3／h，扬程为150 m；段间泵2台，流量为30 m3／h，扬程为35 m；反渗透冲洗泵1台，流量为60 m3／h，扬程为30 m。

浓水反渗透装置2套，每套含12支XFRLE－ 400／34i型卷式膜元件及连接管路、阀门、测量仪表，一段两支排列方式，设计通量为12.4 L／（m2· h），回收率不小于38%。设浓水反渗透给水泵3台，流量为15 m3／h，扬程为30 m；浓水反渗透高压泵2台，流量为22.5 m3／h，扬程为180 m。

（8）树脂再生单元。含酸计量箱2只，有效容积为10 m3；每箱配搅拌机1台，功率为1.5 kW；设酸再生水泵2台，流量为5 m3／h，扬程为30 m；盐碱计量箱1台，有效容积为25 m3；配搅拌机1台，功率为3.0 kW；设盐碱再生水泵2台，流量为5 m3／h，扬程为30 m。

（9）废盐回收单元。纳滤装置1套，每套含18支卷式纳滤膜元件及连接管路、阀门、测量仪表，一段三支排列方式，设再生废液泵2台，流量为45 m3／h，扬程为30 m；纳滤高压泵2台，流量为45 m3／h，扬程为80 m。

5 工程运行效果

本工程调试成功后，深度处理系统的进出水CODCr浓度、浊度、电导率的测定结果如图2、图3、图4所示。

图2 各单元进、出水CODCr浓度Fig.2 Mass concentrations of CODCrof influent and effluent water of each treatment unit

图3 各单元进、出水浊度Fig.3 Turbidity of influent and effluent water of each treatment unit

图4 各单元进、出水电导率Fig.4 Electric conductivity of influent and effluent water of each treatment unit

从图2～图4可知，当进水CODCr的质量浓度为70～140 mg／L时，经过超滤和树脂吸附器处理后分别有30%和40%左右的去除率，使反渗透进水CODCr质量浓度降低至20～40mg／L，减少了反渗透装置污堵的风险。进水的电导率在3 100～4 800 μS／cm时，经过混合反应澄清及超滤处理后，去除率约为20%，再经过原水反渗透、浓水反渗透处理，分别有99%和95%左右的脱盐率。系统出水达到设计指标，满足循环水系统补充水的水质要求。

6 技术经济分析

工程总投资约为3 000万元，处理成本约为5.98元／t。

7 结语

采用双膜法与树脂吸附组合工艺处理焦化废水，较好地解决了单一双膜法处理焦化废水易污堵、清洗频繁的问题，出水水质达到GB 50050—2007的相关要求后回用到循环水系统中，可节省焦化厂的新水用量、减少废水的外排量。该项目浓缩液送钢铁公司综合水处理一并处置，达到了“零排放”的目的。

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Application of combined process of double membrane and resin adsorption in advanced treatment of coking wastewater

DONG Ming
（Coking and Refractory Engineering Consulting Corporation,MCC,Dalian 116000,China）

As the coking wastewater which has been treated by AAO process still contains high concentrations of CODCr,NH3-N,Cl-,dissolved solids and so on,a combined process of ultrafiltration-resin adsorption-reverse osmosis was used for its treatment,the results showed that,the effluent water quality could meet the requirement for reuse water specified in GB 50050—2007 Code for Design of Industrial Recirculating Cooling Water Treatment,moreover,the problem of double membrane process represented by membrane parts pollution and plugging which requires frequent cleaning could be solved effectively.The flow of the said combined process as well as the explanation for the selection were introduced,besides,the design parameters of the main structures and the economic analysis thereof were pointed out.It could be seen that,the treatment cost of the said process was about 5.98 yuan/m3.

coking wastewater; advanced treatment; reuse; double membrane process; resin adsorption

X703.1；X784

B

1009－2455（2016）01－0055－04

董明（1974－），男，辽宁鞍山人，高级工程师，工学硕士，主要从事焦化废水处理设计与研究，（电话）0411-82461086（电子信箱）dongming＠acre.com.cn。

2015-12-06（修回稿）