MBR膜工艺在焦化废水深度处理的研究

苏传辉，马训孟，孙慧玲

(1．山东省淮河流域水利管理局规划设计院，山东 济南 250100；2．山东利源海达环境工程有限公司，山东 济南 250100；3. 山东省环境保护科学研究设计院，山东 济南 250100)

资源与环境

MBR膜工艺在焦化废水深度处理的研究

苏传辉1，马训孟2，孙慧玲3

(1．山东省淮河流域水利管理局规划设计院，山东 济南 250100；2．山东利源海达环境工程有限公司，山东 济南 250100；3. 山东省环境保护科学研究设计院，山东 济南 250100)

焦化废水为焦化企业外排废水中水量较大、处理难度较高的一股废水， 焦化废水水质特点为：氨氮较高，并且含有氰化物、硫化物等多种有毒有害的物质，成份复杂，水中有机物生物降解难度较大，污染物浓度较高。现有的焦化企业废水处理常用工艺方法以生化法、高级氧化法和物理化学法等三大类，都存在运行复杂，排放水质不稳定等情况。本文以MBR膜工艺对某焦化企业生产废水生化预处理后进行深度处理的中试试验研究。通过实验研究表明：MBR膜工艺处理经预处理后的焦化废水可确保后续RO工艺稳定安全运行，确定MBR系统产水总体SDI<3比例达到80%，满足RO系统进水要求，MBR系统的TMP峰值为0.5bar，均值为0.35bar，对焦化废水COD、氨氮的去除率均达到30%左右，为后续工程设计提供了工艺参数选择和运行依据。

焦化废水；MBR；SDI；COD

焦化废水为焦化企业外排废水中水量较大、处理难度较高的一股废水， 焦化废水水质特点为：氨氮较高，并且含有氰化物、硫化物等多种有毒有害的物质，成份复杂，水中有机物生物降解难度较大，污染物浓度较高。废水可生化性较差，属于难生化降解的高浓度有机废水。现有的焦化企业废水处理常用工艺方法以生化法、高级氧化法和物理化学法等三大类，但都存在运行复杂，排放水质不稳定等情况。为了解决焦化废水不易排放，污染严重等问题。经过对水质充分考察后，考虑采用MBR膜工艺对焦化废水进行深度处理。并以此工艺为基础进行了中试试验验证。选择MBR工艺作为RO预处理工艺可以进一步提高生化出水水质，为后续工艺稳定运行提供稳定安全的保护。因此确定合适MBR运行参数和评价其产水效果，探索反渗透稳定安全工况是本次中试实验研究的创新点和重要目的。同时通过中试实验，确定MBR系统经过筛选优化的运行参数和出水水质，考察实验期间RO系统的耐受性和稳定性，为后续工程设计提供工艺参数选择和运行依据。

1 实验部分

1.1 实验仪器与药剂

SDI测定仪、COD恒温加热器、分光光度计、COD瓶、比色管、冷凝管、锥形瓶等玻璃器皿重铬酸钾、邻菲罗啉、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、浓硫酸、硫酸银、硫酸汞、氢氧化钠、盐酸、亚硝酸钠、磷酸、对氨基苯磺酰胺、N-(1-萘基)-乙二胺、碘化钾、碘化汞、酒石酸钾钠、氯化铵(以上试剂均为分析纯)。

1.2 测试指标和测试方法

SDI15：ASTM方法4189-95

氨氮：纳氏试剂分光光度法

CODcr：重铬酸钾氧化法

1.3 中试实验装置及运行控制

MBR中试系统包括5支MBR膜，1台产水泵、1台真空泵和1台反洗泵、1套反洗杀菌剂、反洗加酸投加装置等。MBR中试系统工艺控制参数见表1。

表1 MBR中试系统工艺控制参数

实验进水：某焦化企业生产废水经过生化预处理后废水

1.4 实验方法

(1)观察MBR连续运行的膜系统过滤可靠性和产水水质稳定性；

(2)在不同通量、来水水质条件下，考察MBR系统产水的SDI15能否达到反渗透的进水要求(SDI≤3)；

(3)考察MBR对来水水质剧烈波动条件下的适应性，包括不同反洗频率反洗水量变化条件下对MBR压差稳定性和经MBR处理后出水水质的影响；

2 实验分析及结果

2.1 MBR产水SDI变化结果研究

SDI值是污染指数的简称，在反渗透进水指标的控制中SDI值是最为重要的一个指标。目前大家以15minSDI值计作SDI15值。按照上述实验装置控制MBR系统运行，实验期间共获得MBR出水SDI15值数据43个。MBR出水SDI值的实验结果如图1所示。

图1 实验MBR系统产水SDI变化曲线图

由图1可以看出，MBR系统在前期调试阶段，由于进水不稳定性得影响，难以保持相对均匀的进水水质条件，实验开始调试初期，以该企业原有系统二沉出水并配部分自来水作为MBR系统的进水运行，由于配水导致MBR系统初期产水SDI指数变化较为明显。如图1所示，SDI偏高现象出现在在实验初期以及系统配水运行初期阶段(两阶段SDI值如在图中标示)，分析出现该现象的主要原因应为企业二沉池出水在配自来水后水质发生变化。此现象在MBR系统经过初期调试运行及配水运行后消失，并可稳定长时间正常运行，SDI指数以及T0值均可稳定。图1中横直线为SDI值为3的直线。从横直线可以看出，MBR系统经过前期调试及配水运行后，系统可稳定运行，且SDI值均小于3，经过长时间的中试试验，MBR系统出水SDI值的达标率超过80%。在反渗透进水指标的控制中SDI值是最为重要的一个指标。目前大家以15minSDI值计作SDI15值。SDI15值越低，说明对反渗透膜的污染程度越小，因此反渗透膜的清洗周期就越长。因此该中试试验结果表明：MBR膜工艺处理焦化废水后的出水SDI满足后续RO系统进水要求。

2.2 实验运行中MBR压差(TMP)变化情况

MBR稳定运行，改变MBR产水量，压力记录为人工读数取值，每小时记录一个产水压力值，从而得到不同产水通量下TMP的变化情况。由于记录时间点随机性较大，少数峰值较大的压力为真空泵启动时产水负压值，因此分布态较平均的数值代表了该通量下的实际压差范围。实验结果如下图2所示。

由图2我们可以看出，在平均产水通量为10L/m2·h状况下运行时，TMP初始看不出明显上升的趋势，随有波动但短时间内可稳定运行，压差仍处于低位(<0.15bar)水平。 当MBR通量提升在第二阶段提升到15L/m2·h；从图2可以看出在接近300h连续运行条件下压差高位值仍低于0.25bar，平均运行压力差在0.15bar左右，但由于后期进水原因，出现MBR系统压力突变的情况。在20 L/m2·h通量下运行初始TMP能恢复到正常水平。在连续10天运行中，MBR系统的TMP峰值为0.5bar，均值为0.35bar，仍在MBR系统正常稳定产水压差范围内。

图2 实验中不同产水通量下MBR的TMP变化曲线

2.3 MBR系统对焦化废水COD去除情况

在所有MBR系统中试实验期间，随机取样测MBR系统进出水COD值，由于受生化来水波动影响实验期间共获有效分析数据24个，实验结果如下图3所示。

图3 实验阶段MBR系统COD变化和去除率情况

由图3可以看出，由于进水水质波动较大，当接触氧化生化效果受到冲击波动时COD变化幅度也很大，实验期间MBR进水COD浓度变化范围在245～741.9mg/L，COD测试方法采用国家标准回流滴定法，从整个曲线的变化趋势来看，MBR产水COD值与进水COD相关，平均去除率为34.2%。因此MBR系统能从一定程度降低COD过高对后续RO系统的处理难度，保障RO系统在较稳定安全范围里运行。

2.4 MBR系统对焦化废水氨氮去除情况

在所有MBR系统中试实验期间，随机取样测MBR系统进出水氨氮值，同COD实验相同由于进水水质波动大，因此采样水质变化较大，实验结果如图4所示。

由图4可以看出， MBR进水NH4-N受生化效果和来水水质影响比较严重，进水氨氮最高值达201.9 mg/L。MBR产水NH4-N含量和单次去除率也受进水NH4-N影响，在实验阶段内对氨氮平均去除率为29.7%。MBR对氨氮的去除率有限，分析原因可能是由于废水在于MBR系统HRT太短，加上整体MBR系统运行时间短，MBR系统膜池内培养的硝化菌未能较好的发挥作用，因此废水氨氮去除率达到30%左右。

3 结论

(1)实验证明MBR膜法应用于焦化废水，在预处理阶段保持出水水质稳定时，采用MBR深度处理生化产水SDI均小于3，总体SDI<3比例达到80%。MBR膜工艺处理焦化废水后的出水SDI满足后续RO系统进水要求，系统运行可靠。

(2)在三种不同MBR通量下运行时发现，MBR系统设计通量下在15 L/m2·h，TMP相当稳定，长达400h连续运行压差无增长的趋势。在提高膜通量为20 L/m2·h下运行时，稳定运行段TMP有微小的增长，但仍在低值区域内安全运行。

(3)MBR系统对焦化废水的COD和氨氮均有一定的去除，但由于进水水质波动较大，对COD和氨氮的去除也有一定的波动，但平均去除率均为30%左右，因此MBR系统能从一定程度降低污染物对后续RO系统的处理难度。

图4 实验阶段MBR系统氨氮变化和去除率情况

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[3] Comerton A M，Andrews R C，Bagley D M.Evaluation of a MBR-RO system to produce high quality reuse water:Microbial control,DBPformation and nitrate[J].Water Research,2005, 39(16):3982.

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(本文文献格式：苏传辉，马训孟，孙慧玲.MBR膜工艺在焦化废水深度处理的研究[J].山东化工，2017，46(08)：157-159,162.)

Experimental Study on the Treatment of Coking Wastewater by MBR Membrane Technology

SuChuanhui1，MaXunmeng2，SunHuiling3

(1．Shandong Province, Huaihe Basin Water Resource Planning and Design Institute， Jinan 250100,China；2．Shandong Iiyuanhaida Environment Engineering Co.,Ltd.， Jinan 250100,China；3. Shandong Academy of Environmental Science， Jinan 250100,China)

Coking wastewater mainly comes from the process of coking gas, gas purification, chemical product recovery and processing. Coking wastewater mainly contains ammonia, phenol, cyanide, sulfide and other organic substances, complex composition, also contains cyanide, inorganic fluoride and ammonia nitrogen and other toxic Hazardous substances, higher concentrations of pollutants. The existing coking enterprises wastewater treatment commonly used methods to biochemical, advanced oxidation and physical chemistry and other three categories, there are complex operation, the discharge of water quality instability and so on. In this paper, MBR membrane technology for a coking enterprise production wastewater treatment of the pilot in the pilot study. The experimental results show that the pretreatment process of MBR membrane can ensure the safe and safe operation of the subsequent RO process, and determine the total SDI <3 ratio of MBR system to 80%, meet the requirements of RO system water supply, MBR system The TMP peak is 0.5 bar and the mean value is 0.35 bar. The removal rate of COD and ammonia nitrogen in the coking wastewater is 30%, which provides the selection and operation basis for the subsequent engineering design.

coking wastewater; MBR；SDI；COD

2017-03-07

苏传辉(1966—)，工程师，大学本科，研究方向环境工程。

X703

A

1008-021X(2017)08-0157-03