膜蒸餾技術(shù)處理焦化廢水

焦化廢水是一種典型的有毒難降解有機(jī)廢水，含有酚、氰、油、氨氮等有毒有害物質(zhì)。寶鋼的焦化廢水主要來自焦?fàn)t煤氣初冷和焦化生產(chǎn)過程中生產(chǎn)用水以及蒸汽冷凝廢水。它是一種污染物濃度高，難于降解的廢水，處理難度大。目前，以厭氧酸化、反硝化、生化處理、絮凝沉淀分離等工藝方式進(jìn)行焦化廢水無害化處置，工藝流程長、處理效果有待提升。

膜分離技術(shù)是目前最有發(fā)展前途的水處理技術(shù)之一。以選擇性多空薄膜為分離介質(zhì)，使分子水平上不同粒徑分子的混合物、溶液借助某種推動力(如壓力差、濃度差、電位差等)通過膜時實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)，低分子溶質(zhì)透過膜，大分子溶質(zhì)被截留，從而實(shí)現(xiàn)分離溶液中不同分子量的物質(zhì)，從而達(dá)到分離、濃縮、純化目的。近些年來，擴(kuò)散定理、膜的滲析現(xiàn)象、滲透壓原理、膜電勢等研究為膜技術(shù)的發(fā)展打下了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)，膜分離技術(shù)日趨成熟。

膜蒸餾(membrane distillation，簡稱MD)是膜技術(shù)與蒸餾過程相結(jié)合的膜分離過程，它以疏水微孔膜為介質(zhì)，在膜兩側(cè)蒸氣壓差的作用下，料液中揮發(fā)性組分以蒸氣形式透過膜孔，從而實(shí)現(xiàn)分離的目的。與其他常用分離過程相比，膜蒸餾具有分離效率高、操作條件溫和、對膜與原料液間相互作用及膜的機(jī)械性能要求不高等優(yōu)點(diǎn)。膜蒸餾技術(shù)目前在海水淡化、超純水制備、廢水處理、共沸混合物的分離等領(lǐng)域研究較多。

1、實(shí)驗(yàn)

1.1 目標(biāo)

寶鋼焦化廢水采用UF+NF+RO工藝處理后，會產(chǎn)生大量RO廢水。為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，真正實(shí)現(xiàn)焦化廢水“零排放”，本研究采用60L/h膜蒸餾實(shí)驗(yàn)設(shè)備對寶鋼焦化RO廢水進(jìn)行濃縮減量處理實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水為寶鋼化工焦化RO廢水，水質(zhì)分析如表1所示。

RO工藝之前的NF作為預(yù)處理，SS、Ca2+、Mg2+大部分得到去除。但RO廢水中COD含量較高，有可能在膜表面造成有機(jī)污染。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)用膜采用PTFE管式疏水膜，平均孔徑為0.2μm，孔隙率達(dá)85%，膜面積為6m2。實(shí)驗(yàn)裝置采用4級膜組件串聯(lián)，溶液冷熱錯流運(yùn)行，產(chǎn)水量為60L/h。實(shí)驗(yàn)裝置工藝流程如圖1所示。

1.4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)預(yù)處理廢水量為3220L，膜蒸餾實(shí)驗(yàn)過程中維持熱液溫度為(80±1)℃，熱液流速為4m3/h。實(shí)驗(yàn)通過測量產(chǎn)水量來計算膜通量。原液和產(chǎn)水中pH、COD和各離子濃度等測定參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》。

2、結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)水通量變化分析

對RO廢水進(jìn)行膜蒸餾52h連續(xù)運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)水通量如圖2所示。系統(tǒng)運(yùn)行初期，產(chǎn)水通量約為2.0kg/m2?h，與出廠膜通量相比下降約20%，通量的波動在合理的范圍內(nèi)。隨著運(yùn)行時間的延長，產(chǎn)水通量逐漸降低，在運(yùn)行40h后，通量約為1.79kg/m2?h，較運(yùn)行初期下降了12%。通量下降可能是由于少量有機(jī)物造成膜孔的潤濕，但整體而言，產(chǎn)水通量下降較緩慢，RO廢水并未造成膜孔堵塞。系統(tǒng)尚有足夠的產(chǎn)能進(jìn)一步濃縮RO廢水。

2.2 產(chǎn)水水質(zhì)變化分析

膜蒸餾過程中產(chǎn)水水質(zhì)的變化如表3所示。系統(tǒng)pH維持在7～8之間。產(chǎn)水水質(zhì)成分存在小范圍內(nèi)的波動，但并沒有隨著系統(tǒng)運(yùn)行時間的延長而惡化，系統(tǒng)可對RO廢水進(jìn)一步濃縮。COD、TCN、TN、TP、SS、揮發(fā)酚、石油類產(chǎn)水最大濃度分別為28mg/L、0.023mg/L、5.02mg/L、0.03mg/L、2.0mg/L、0.015mg/L、1.65mg/L，均達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16171－2012排放限值要求。氯化物、硫酸根、鈣硬度和懸浮物最大濃度分別為6.0mg/L、7.61mg/L、4.2mg/L、2.0mg/L，滿足寶鋼工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)60mg/L、50mg/L、100mg/L、10mg/L，所以產(chǎn)水可作為工業(yè)用水回用。

由表3與圖1可知當(dāng)兩種破乳劑單獨(dú)作用時，脫水速率較快，15min左右即可穩(wěn)定，破乳劑108脫水量高于破乳劑123的脫水量。復(fù)配破乳劑脫水速率較慢，30min左右即可穩(wěn)定，相對于破乳劑123而言復(fù)配破乳劑的脫水量較大，效果較好。但是與破乳劑108相比，脫水速率較慢。由此可得，復(fù)配破乳劑??原油乳狀液的破乳具有較為明顯的作用，不同破乳劑對原油乳狀液的破乳效果不同，因此適當(dāng)?shù)倪x擇破乳劑或破乳劑復(fù)配顯得尤為重要。

3、結(jié)論

通過控制變量設(shè)置對照組的實(shí)驗(yàn)研究了SZ36－1聚合物驅(qū)油田原油乳化液破乳實(shí)驗(yàn)，其中設(shè)置的變量為:聚合物的濃度的含量、溫度、不同種類破乳劑。

得出以下結(jié)論:

(1)溫度對脫水率的影響:隨著溫度、含水率的升高，脫水率逐漸提高但脫水速率變慢，最佳脫水溫度在60～65℃之間。

(2)隨著聚合物含量的增加，脫水率緩慢升高后降低，污水含油量逐漸增加。

(3)破乳劑108以及破乳劑123脫水效果均表現(xiàn)出色，其中破乳劑108表現(xiàn)最好。兩者1∶1復(fù)配則表現(xiàn)出脫水效率以及時間上不如單一種類的破乳劑效果好。（來源：寶武集團(tuán)環(huán)境資源科技有限公司）