[摘 要]針對(duì)內(nèi)蒙古某煤化企業(yè)產(chǎn)生焦化廢水經(jīng)生化處理后中水的特點(diǎn)，采用“高密度沉淀-多介質(zhì)過(guò)濾-超濾-反滲透”作為主體工藝，對(duì)產(chǎn)生的中水進(jìn)行深度處理后，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)回用率100 %的效果，工程設(shè)計(jì)規(guī)模3600 m3/d，本文著重介紹了工程工藝的選擇、工程設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)備配置情況。

 

1 工程概況 

1.1 背景介紹 

內(nèi)蒙古某煤化企業(yè)主要從事煤炭、化工產(chǎn)品生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中主要產(chǎn)生焦化廢水。焦化廢水是在煤高溫干餾、煤制焦炭、煤氣凈化、化工產(chǎn)品精制與回收過(guò)程中產(chǎn)生的高濃度、難降解、有毒的工業(yè)廢水[1]。其成分主要取決于原煤性質(zhì)、碳化溫度、生產(chǎn)工藝、煤氣凈化工藝、焦化產(chǎn)品回收工序和方法等因素[2]。 內(nèi)蒙古、陜西、新疆等地區(qū)為我國(guó)煤炭主產(chǎn)區(qū)，而這些地區(qū)水資源占有量不到全國(guó)20 %，水環(huán)境容量嚴(yán)重不足，煤化工產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展導(dǎo)致該區(qū)域面臨地下水過(guò)度開(kāi)采和水環(huán)境嚴(yán)重污染的危險(xiǎn)[3]，煤化工項(xiàng)目廢水95 %回用、“零排放”是未來(lái)煤化工行業(yè)廢水處理的趨勢(shì)。焦化廢水是一種較難處理的工業(yè)廢水，按國(guó)內(nèi)現(xiàn)有處理工藝很難達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。若根據(jù)不同的工業(yè)水質(zhì)要求，將生化處理后廢水直接回用，或進(jìn)行深度處理后回用，既解決了廢水外排造成的環(huán)境污染問(wèn)題，又提高了水的重復(fù)利用率，進(jìn)而為焦化廢水的零排放創(chuàng)造了有利條件[4]。本文主要針對(duì)煤焦化廢水經(jīng)生化處理后，中水回用工藝進(jìn)行探討。 

 

1.2 設(shè)計(jì)水量、水質(zhì) 

廢水總水量3600 噸/天。廢水進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。 

2 處理工藝及流程 

2.1 工藝選擇 

目前，對(duì)于焦化廢水的深度處理工藝主要有生化法、物理吸附法、化學(xué)絮凝法、高級(jí)氧化法、膜分離法等組合工藝[5]，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果及工程實(shí)踐來(lái)看各有利弊。本工程根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求，本工程采用“生化出水-高密度沉淀池-多介質(zhì)過(guò)濾-超濾-反滲透-出水”作為主體處理工藝。 

 

2.2 工藝簡(jiǎn)介 

廢水首xianjin入生化廢水調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水量、均勻水質(zhì)，調(diào)節(jié)池中的廢水經(jīng)泵提升至高密度沉淀池，向高密度沉淀池投加混凝劑和助凝劑，去除廢水中部分有機(jī)物，沉淀出水至高密度沉淀池產(chǎn)水池；再經(jīng)多介質(zhì)過(guò)濾器過(guò)濾，去除大部分SS，過(guò)濾后進(jìn)入多介質(zhì)過(guò)濾器產(chǎn)水池；再經(jīng)超濾裝置處理，去除廢水中色度、濁度及部分COD，處理后至超濾產(chǎn)水池；再經(jīng)反滲透裝置處理，去除水中溶解性鹽類(lèi)、膠體和大部分有機(jī)物雜質(zhì)，產(chǎn)水至回用水池。高密度沉淀池內(nèi)污泥經(jīng)廂式壓濾機(jī)處理后，上清液至廢水收集池，泥餅外運(yùn)。 

 

3 工程設(shè)計(jì) 

3.1 調(diào)節(jié)池系統(tǒng) 

廢水首xianjin入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水量、均勻水質(zhì)。生化廢水調(diào)節(jié)池主要用于收集生化產(chǎn)水、廢水收集池出水。有效容積500 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置磁翻板液位計(jì)1 套，液位計(jì)信號(hào)與生化廢水提升泵連鎖。設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī) 1臺(tái)，加強(qiáng)攪拌功能，防止顆粒物沉淀。 

 

3.2 高密度沉淀池處理系統(tǒng) 

高密度沉淀池共2 座，每座處理規(guī)模均為120 m3/h。每座高密度沉池包括前混合區(qū)、混凝絮凝區(qū)、沉淀區(qū)、pH 調(diào)節(jié)區(qū)。高密度沉淀池將混合、絮凝、沉淀分離、pH 調(diào)節(jié)功能集于一體，各區(qū)域均設(shè)有排空管，排空廢水經(jīng)地溝收集至地坑后，由自吸泵提升至廢水收集池。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)條件，系統(tǒng)需考慮石灰、碳酸鈉、PAM、PAC 的投加。在高密度沉淀池混合區(qū)投加石灰、PAC，用于沉淀及形成絮體的架橋，在絮凝區(qū)投加PAM、碳酸鈉，進(jìn)行絮體形成及捕集剩余的石灰；在pH 調(diào)節(jié)區(qū)進(jìn)行zui終pH 調(diào)節(jié)后進(jìn)入后續(xù)處理工藝。高密度沉淀區(qū)的泥水由污泥螺桿泵提升至污泥池，再經(jīng)污泥池螺桿泵提升至脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理。 高密度沉淀池具有一體多區(qū)多功能的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)沉淀池，混凝絮凝池，pH 調(diào)節(jié)池的集成功能，既節(jié)省占地又能實(shí)現(xiàn)混合、沉淀、調(diào)節(jié)硬度的功能，為后續(xù)工藝減輕懸浮物，硬度等指標(biāo)負(fù)荷。高密度沉淀池產(chǎn)水1 座，有效容積150 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在高密度沉淀池內(nèi)設(shè)置磁翻板液位計(jì) 1 套，液位計(jì)信號(hào)與生化廢水提升泵連鎖。 

 

3.3 多介質(zhì)過(guò)濾器處理系統(tǒng) 

多介質(zhì)過(guò)濾器主要將沉淀池殘留的膠體、懸浮物等小顆粒雜質(zhì)去除，共5 臺(tái)，處理規(guī)模相同，均為50 m3/h，直徑3000 mm，濾料為無(wú)煙煤及石英砂，定期進(jìn)行反洗，采用氣水聯(lián)合反沖洗，反洗廢水排至反洗水收集池。多介質(zhì)過(guò)濾器處理后出水至多介質(zhì)過(guò)濾器產(chǎn)水池，產(chǎn)水池有效容積150 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在多介質(zhì)過(guò)濾器產(chǎn)水池內(nèi)設(shè)置磁翻板液位計(jì) 1 套，液位計(jì)信號(hào)與超濾產(chǎn)水提升泵連鎖。 

 

3.4 超濾處理系統(tǒng) 

超濾單元主要作用是截留微小顆粒，降低懸浮物和濁度，去除細(xì)菌和部分有機(jī)污染物等。為保證超濾膜安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行，避免超濾膜元件被大顆粒物質(zhì)堵塞或者被劃傷，從而延長(zhǎng)超濾膜的使用壽命，為每套超濾膜裝置配置 1 套自清洗過(guò)濾器，過(guò)濾精度100 μm，對(duì)原水進(jìn)一步過(guò)濾，截留前段水處理單元可能流失的細(xì)小砂礫和大懸浮物，保證超濾膜的安全運(yùn)行。超濾裝置共3 臺(tái)，處理規(guī)模相同，每臺(tái) 77 m3/h，膜元件水通量不大于 45 L/(m2·h)，超濾膜采用具有良好的抗污染能力和反洗、清洗恢復(fù)能力外壓式中空纖維超濾膜，設(shè)計(jì)每30 分鐘反洗、快沖一次，反洗水源采用超濾產(chǎn)水，反洗所需壓縮空氣來(lái)自壓縮空氣儲(chǔ)罐。超濾處理后出水至超濾產(chǎn)水池，超濾產(chǎn)水池有效容積150 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在超濾產(chǎn)水池內(nèi)設(shè)置磁翻板液位計(jì)1 套，液位計(jì)信號(hào)與超濾產(chǎn)水提升泵連鎖。 為了恢復(fù)超濾膜的過(guò)濾通量，延長(zhǎng)化學(xué)清洗周期，在超濾膜反洗時(shí)不定期向反洗水中投加化學(xué)藥劑 NaClO，實(shí)現(xiàn)化學(xué)加強(qiáng)反洗的作用。 

 

超濾膜在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，超濾裝置無(wú)法通過(guò)加強(qiáng)化學(xué)反洗恢復(fù)過(guò)濾通量，此時(shí)需要進(jìn)行化學(xué)清洗，在化學(xué)清洗水箱中配置化學(xué)清洗藥劑，一般采用 NaClO，NaOH，HCl 作為超濾化學(xué)清洗藥劑，用化學(xué)清洗泵將藥劑送入超濾系統(tǒng)，進(jìn)行浸泡和循環(huán)清洗。

 

3.5 反滲透系統(tǒng) 

反滲透系統(tǒng)主要用于去除水中溶解鹽類(lèi)、膠體、細(xì)菌、病毒和大部分有機(jī)物等雜質(zhì)。本工程設(shè)置 2 套反滲透裝置，處理規(guī)模相同，單套進(jìn)水量為75m3/h，單套產(chǎn)水量為52.5 m3/h，平均運(yùn)行通量17 L/ m2·h。本工程采用卷式復(fù)合結(jié)構(gòu)膜組件，自下而上由三層組成，第一層為聚酰胺材料超薄分離層，約0.2 μm 厚，第二層為聚砜材料多空中間支撐層，約40 m 厚，第三層為聚酯材料增強(qiáng)無(wú)紡布，約120 μm 厚。 

 

每套反滲透裝置各設(shè)置 1 套保安過(guò)濾器，確保反滲透裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。反滲透裝置出水至回用水池，回用水池有效容積150 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，回用水池設(shè)置1 套磁翻板液位計(jì)，與回用水池外送提升泵連鎖控制。回用水用于鍋爐補(bǔ)水、循環(huán)水站補(bǔ)水；反滲透裝置濃鹽水用于濕法熄焦，從而實(shí)現(xiàn)廢水全部回用的效果。 

 

3.6 污泥脫水系統(tǒng) 

 

本工程設(shè)置 1 座污泥收集池，用于收集高密度沉淀池產(chǎn)生的污泥，污泥池設(shè)置 1 套磁翻板液位計(jì)，2 臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)。污泥池液位計(jì)與污泥輸送泵連鎖。潛水?dāng)嚢铏C(jī)加強(qiáng)攪拌功能，防止污泥沉淀。污泥經(jīng)過(guò)污泥輸送泵提升至廂式壓濾機(jī)入口，加入陽(yáng)離子絮凝劑以調(diào)理污泥特性。廂式壓濾機(jī)產(chǎn)水的上清液及沖洗排水排入廢水收集池，泥餅外運(yùn)。處理后的污泥，含水率不高于65 %。 

 

3.7 加藥系統(tǒng) 

本工程根據(jù)水質(zhì)設(shè)置的藥劑投加裝置有：HCl，NaOH，NaClO，還原劑，阻垢劑，石灰，碳酸鈉，PAM(陰/陽(yáng)離子)，PAC的藥劑投加儲(chǔ)罐及相對(duì)應(yīng)的加藥計(jì)量泵。 

 

由于本項(xiàng)目來(lái)水硬度較高，又有明顯結(jié)構(gòu)傾向，因此在高密度沉淀池工藝段投加碳酸鈉、HCl 降低硬度，另外再進(jìn)入反滲透裝置設(shè)阻垢劑加藥點(diǎn)。為防止膜元件被氧化，在反滲透進(jìn)水管路設(shè)置還原劑投加點(diǎn)，投加量根據(jù)氧化還原電位自動(dòng)調(diào)整投加量。由于膜系統(tǒng)不可避免存在膜元件污染，從而導(dǎo)致膜通量下降，因此設(shè)計(jì)超濾化學(xué)清洗裝置及反滲透清洗裝置各1 套。 

 

4 運(yùn)行費(fèi)用 

本計(jì)算方法按設(shè)備每天運(yùn)行24 h 計(jì)算，進(jìn)水量為150 t/h，產(chǎn)水量為 105 t/h，噸水費(fèi)用按進(jìn)水量計(jì)算。能耗費(fèi)為 0.38 元/m3；噸水藥劑費(fèi)0.45 元/m3；按4 班制，每班3 人，按5000 元/月的平均工資標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，人工費(fèi)折合噸水費(fèi)用為：0.56 元/m3；備品備件維修費(fèi)(含膜更換費(fèi)用)為：0.34 元/m3；污泥處置費(fèi)為1.02 元/m3。合計(jì)水費(fèi)用為：2.75 元/噸。 

 

5 結(jié)論 

本工程采用“高密度沉淀-多介質(zhì)過(guò)濾-超濾-反滲透”處理焦化廢水經(jīng)生化處理后的中水，提高中水回用水的品質(zhì)，從而使70 %的中水回用于鍋爐補(bǔ)水，30 %的濃鹽水用于熄焦，使產(chǎn)生的廢水更有效的用于生產(chǎn)回用而非生產(chǎn)消耗。