超滤-树脂吸附深度处理焦化废水的工程实例

时间：2024-07-28

林辉斌唐能斌徐翔

（1杭州市环境保护科学研究设计有限公司浙江杭州3100142杭州博舜环保科技有限公司浙江杭州310000）

林辉斌1唐能斌2徐翔2

（1杭州市环境保护科学研究设计有限公司浙江杭州3100142杭州博舜环保科技有限公司浙江杭州310000）

采用超滤-树脂吸附法工艺处理生化后的焦化废水尾水并回用作循环冷却水，介绍了工艺流程、设备参数、工程特点及运行成本，结果表明：出水水质稳定达到GB/T19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》的要求，该工艺运行稳定、技术先进、无二次污染物。

焦化废水；深度处理；超滤；树脂吸附

我国的焦化行业发展迅速，2013年我国新建43座焦炉，新增产能2660×104t，全国煤炭产量37×108t左右，同比增长8.1%，是世界焦炭主要出口国。焦化行业同时也是消耗资源、能源和污染物排放大的行业[1]。焦化废水主要来自原煤的高温干馏、煤气净化和化工产品精制等过程，焦化废水成分复杂多变，除了氨、氰、硫氰根等无机污染外还许多有机污染物，有机污染物主要包括80%以上的酚类化合物、脂肪类化合物、杂环类化合物及多环芳烃[2]。目前大部分焦化废水仍采取传统的生化工艺，A/O工艺是焦化废水治理行之有效的工艺方法，厌氧-好氧交替运行可以有效实现COD、NH3-N等污染物浓度的降低，虽然生化工艺处理焦化废水较为成熟，但传统生化处理工艺对焦化废水中的难降解有机物的去除效果不够理想，出水COD和色度普遍超标[3]。

焦化废水在经过A/O生化系统处理之后，尾水中有机物种类更加繁多，水质情况更为复杂，由大分子量、疏水性芳香类有机物组成，即具有较高含量的溶解性微生物代谢产物和芳香类蛋白质有机物等微生物代谢产物及废水中难降解有机物，此类物质为高生物毒性或难生物降解的惰性有机物，采用常规的生物处理方法或者物化处理结和生化处理的方法难以实现有效降解，有效去除这类有机污染物将是焦化废水生化尾水深度处理的主要目标[4]。

某煤业有限公司具备年产150×104t焦炭的能力，因受国家节能环保政策影响，该公司立项上马3000m3/d焦化废水深度处理项目。该项目是在原有生化系统后，增加超滤-树脂吸附等工艺装置，产水用作循环冷却水系统或精制脱盐水系统的补充水。

1 设计水质、水量

1.1 水量

1.2 进水水质

该公司设计对经常规二级生化系统处理后的焦化生化出水进行深度处理，深度处理出水水质达到GB/T19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》的要求，深度处理系统设计进、出水水质见下表1。

表1 设计进出水水质单位：mg/L，pH值无量纲

2 工艺流程说明

对于已经经过生化处理系统充分作用后的尾水，可生化性能很差，根据目前焦化废水数据分析，B/C非常低，现有系统大约在0.1，因此必须使用必要的物化手段，截留尾水中可溶性发色基团、难以生物降解的有机物以及水中残存的SS、胶体状物质等方可达到预期处理目标。

图1 焦化废水深度处理工艺方案

3.1 中间池收集混沉池出水

3.2 超滤

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超滤提升泵将原水提升加压，经加压后水送至超滤前自清洗过滤器，水中大于100?m的悬浮颗粒得到去除，同时也保护超滤膜元件端口不会受到大颗粒物质的擦伤而损坏。过滤器在经过一段时间的过滤后，需要进行定时反洗。经过滤器过滤后的带压水进入超滤膜组件，由于超滤膜本身的特性，大部分的细菌、藻类、胶体物质和微小（大于0.1μm）的颗粒物质被截留在膜的表面，水及水溶性的物质透过膜孔，水质在膜系统得到净化。

进水、水反洗、化学药剂加强反洗等关键操作采用PLC控制系统进行现场控制，分别根据进水流量、液位、压力等调整运行状态，降低管理操作难度，降低运营过程人工成本。

超滤正常反洗后的污水可直接排入厂区预处理系统，即排入深度处理前端的高效混凝反应阶段；超滤化学反洗（CEB）废水进入废水中和系统，经中和后进入原有生化系统调节池。

3.3 树脂吸附塔

采用单个吸附塔并联运行的方式，树脂吸附与脱附循环交替进行。配套设备有酸碱储槽、脱附剂槽、脱附液收集池、空压机等设备。脱附所产生的脱附液经过收集池收集，然后通过脱附液处理系统进行处理，出水至原有污水处理系统继续处理。

吸附、脱附系统等关键操作采用PLC控制系统进行现场控制，分别根据pH、进水流量、液位等调整运行状态，降低管理操作难度，降低运营过程人工成本。

3.4 脱附液处理系统

包括隔油设备、微电解釜和Fenton氧化釜。微电解工艺通过釜中的铁碳原电池效应，将脱附液中的大部分难降解有机物开环断链，降低后续处理的难度，同时对脱附液中主要的发色基团给予破坏，从而降低色度。Fenton氧化工艺通过强氧化剂双氧水与亚铁离子的Fenton反应，进一步降解有机物。

3 主要设备选型参数

3.1 超滤系统

超滤膜采用热制相外压式PVDF材质，膜壳材料为PVC/ ABS。本系统设2套超滤装置，单套装置有30根超滤膜，膜丝结构为外压式中空纤维，膜孔径为0.075μm，膜面积为75m2，透水量大于或等于800L/（m2·h）运行压力为0．2MPa。进超滤系统前COD：＜150mg/L；吸附系统后COD：＜45mg/L；处理能力：每套超滤装置处理能力为65m3/h。

3.2 树脂吸附系统

采用单个树脂吸附塔并联运行的方式，树脂吸附出水可直接外排或其他单元回用。进吸附系统前COD：＜45mg/L；吸附系统后COD：＜80mg/L；处理能力：3000m3/d；处理形式：单塔一级吸附；吸附塔数量：4台；单台处理能力：40m3/h；（5BV/h）单塔有效容积：10m3；单批运行周期：90h～100h；设备使用条件：室外；使用温度：5℃～35℃。

4 工程特点

采用超滤-树脂吸附法处理焦化废水生化尾水具有以下优点：（1）针对性强：同时具有吸附废水中疏水性高芳香度的有机污染物和水溶性发色有机物的功能基团，对废水中有机污染物去除效率高；（2）处理效率高：复合功能树脂具有丰富孔结构和较高的比表面，拥有较大的吸附容量，处理废水的工作吸附容量大，废水处理浓缩比例高；（3）工艺简单：复合功能树脂应用采用多柱并串结合的工艺方式，工艺简单；（4）运行成本低：树脂可再生循环使用，采用以碱为主的无机脱附剂即能对吸附饱和后的树脂实现再生，使用过程中不带入新的污染；（5）结构稳定：拥有第三代超高交联大孔吸附树脂稳定、牢固的骨架结构，使用寿命长；（6）灵活性强：树脂吸附技术可耦合高级氧化技术、生化技术，强化难生化物质的深度处理；树脂吸附法还可以与膜处理工艺进行联合使用，延长生化尾水膜深度处理系统的使用寿命、提高处理出水水质，实现废水的高回用标准。