焦化廢水組合膜工藝深度處理研究

焦化廢水組合膜工藝深度處理研究

焦化廢水的成分復(fù)雜，難以分解。其中許多有毒物質(zhì)是廢水處理中的難題。1實(shí)驗(yàn)材料和方法1.1出水水質(zhì)及實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)研究所用工業(yè)廢水為某焦化廢水處理生化系統(tǒng)二沉池出水,其水質(zhì)如表1所示。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是經(jīng)深度處理后,出水用于循環(huán)水補(bǔ)充水和余熱鍋爐用水。循環(huán)水補(bǔ)充水需滿足冷卻循環(huán)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),即總硬度(CaCO1.2預(yù)處理系統(tǒng)組成根據(jù)廢水水質(zhì)特點(diǎn)和處理要求,采取組合膜工藝對該焦化廢水進(jìn)行深度處理,處理流程如圖1所示。處理系統(tǒng)主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、超濾和納濾系統(tǒng)以及反滲透系統(tǒng)3個(gè)部分。在預(yù)處理系統(tǒng)中,廢水經(jīng)生化處理后直接進(jìn)入反應(yīng)池,通過自流進(jìn)入分子活化降解裝置,在該裝置中進(jìn)行催化氧化使苯環(huán)類、芳香烴類等大分子潛在堵膜有機(jī)物裂解、斷鏈、改性和降解,最大程度避免有機(jī)膜系統(tǒng)的污堵。再進(jìn)入到氣浮單元,清液直接進(jìn)入清水池儲存,浮渣經(jīng)過刮泥機(jī)刮出后進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)行處理。預(yù)處理系統(tǒng)出水經(jīng)多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、自清洗過濾器后依次進(jìn)行超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)。1.3ro與二級ro出水水質(zhì)分析分別對預(yù)處理系統(tǒng)出水、UF出水、NF出水、一級RO和二級RO出水進(jìn)行水質(zhì)分析,根據(jù)原水水質(zhì)和處理要求,分析指標(biāo)為COD、總硬度、總堿度、電導(dǎo)率和pH值,每個(gè)實(shí)驗(yàn)測定3次,每次間隔時(shí)間為3d。2結(jié)果與討論2.1反滲透膜處理的效果改進(jìn)膜法深度處理工藝對COD處理效果如表2和圖2所示。當(dāng)二沉池出水COD在115.3～156.2mg/L之間時(shí),經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)處理后,COD降至53.7～67.0mg/L,預(yù)處理系統(tǒng)對COD的去除率為51.5%～66.9%;經(jīng)UF處理后,COD降至52.1～55.9mg/L,UF對COD的去除率為2.9%～22%;經(jīng)NF處理后COD降至0～15.6mg/L,NF對COD的去除率為70.0%～100%;經(jīng)一級RO處理后,COD降為0,RO對COD去除率為100%。整個(gè)處理工藝對COD的去除率為100%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過超濾、納濾和反滲透后,COD被完全截留去除。超濾膜通過膜兩側(cè)的壓力差來對污染物質(zhì)進(jìn)行截留,由于超濾膜通常截留物質(zhì)的分子量偏大,因此超濾膜對溶解性有機(jī)污染物的截留效果不好,本工藝中二沉池出水經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)處理后,廢水中大部分都是可溶性的有機(jī)污染物,因此UF對其去除效果一般;NF可以對相對分子質(zhì)量200～1000的物質(zhì)進(jìn)行有效截留,分離效果比UF好,經(jīng)過前端預(yù)處理和UF,廢水中存在的主要是可溶性有機(jī)物,NF可對其中相對分子質(zhì)量200以上的有機(jī)物進(jìn)行截留,對COD的截留效果顯著高于UF;RO可以截留離子物質(zhì)和小分子物質(zhì),污水通過NF處理后,相對分子質(zhì)量200以上的有機(jī)物都被截留去除,剩余的小分子有機(jī)物通過反滲透膜后也被完全去除。在對有機(jī)物的去除上,經(jīng)NF處理后,COD可降至較低水平,滿足循環(huán)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等深度處理用水要求。2.2nf和ro復(fù)合膜對總硬度的去除效果改進(jìn)膜法深度處理工藝對總硬度處理效果如表3和圖3所示。當(dāng)二沉池出水總硬度在967.4～986.9mg/L之間時(shí),經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)處理后總硬度降至113.6～185.0mg/L,對總硬度的去除率為80.9%～87.9%;經(jīng)UF處理后,總硬度降至105.2～183.1mg/L,UF對總硬度的去除率為0.56%～10.0%;經(jīng)NF處理后總硬度降至15.6～19.5mg/L,NF對總硬度的去除率為82.2%～89.4%;經(jīng)一級RO處理后,總硬度基本降為0,RO對總硬度去除率為99.5%。整個(gè)處理工藝對總硬度的去除率達(dá)到99.5%。預(yù)處理系統(tǒng)的混凝沉淀和氧化反應(yīng)等將廢水中大部分鈣離子變成沉淀,因此對總硬度去除率較高,經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)后,廢水中主要存在的是含鈣離子,這些鈣離子的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于UF的截留尺寸,因此UF對總硬度去除效果微乎其微;納濾膜的納米微孔結(jié)構(gòu),一般都帶有電荷,當(dāng)廢水通過納濾膜,廢水中的離子會受到立體阻礙以及靜電排斥等作用,對于鈣離子、鎂離子等二價(jià)離子,可大部分截留,因此NF對總硬度去除效果較好;反滲透膜對鈣、鎂等二價(jià)離子的去除機(jī)理與NF類似,但相對于納濾膜,反滲透膜更加致密,截留效果相對更好,但有研究表明,當(dāng)廢水總硬度上升,離子濃度過高時(shí),反滲透膜對總硬度的去除率明顯減弱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)后,總硬度就可滿足循環(huán)水補(bǔ)充水使用要求,NF可進(jìn)一步大幅降低總硬度,經(jīng)NF處理后總硬度降至較低水平。2.3ro去除堿度的工藝措施改進(jìn)膜法深度處理工藝對總堿度處理效果如表4和圖4所示。當(dāng)二沉池出水總堿度在1000.0～1060.0mg/L之間時(shí),經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)處理后總堿度降至78.1～87.3mg/L,對總堿度的去除率為91.6%～92.6%;經(jīng)UF處理后,總堿度降至76.3～86.1mg/L,UF對總堿度的去除率為1.4%～2.5%;經(jīng)NF處理后總堿度降至52.6～57.6mg/L,NF對總堿度的去除率為24.5%～34.9%;經(jīng)一級RO處理后,總堿度降至10.0～19.2mg/L,去除率為66.7%～80.9%;經(jīng)二級RO處理后,總堿度降至5.0～9.6mg/L,去除率為42.8%～50.0%。整個(gè)處理工藝對總堿度的去除率達(dá)到99.1%～99.5%。堿度主要來自污水中的氫氧化物、碳酸鹽、酸式鹽、有機(jī)堿和二氧化碳等,預(yù)處理系統(tǒng)能去除大部分堿度,UF對碳酸根等離子沒有截留作用,因此對堿度幾乎沒有去除作用,NF、OR都可以截留碳酸根等離子物質(zhì),因此都能對堿度起到降低作用,RO的去除效果相對NF更好。經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)后,總堿度就可滿足循環(huán)水補(bǔ)充水使用要求。2.4nf-ro工藝處理后廢水中的ph值改進(jìn)膜法深度處理工藝各處理環(huán)節(jié)出水pH值如表5所示。當(dāng)二沉池出水pH值在7.7～7.9之間時(shí),預(yù)處理系統(tǒng)處理后pH值在7.1～8.2之間,經(jīng)UF處理后,pH值為7.0～7.9,經(jīng)NF處理后pH值為6.3～7.0,經(jīng)一級RO處理后,pH值為5.9～6.9,經(jīng)二級RO處理后,pH值為6.0～7.2。在處理過程中,pH值整個(gè)呈下降的趨勢。NF和RO對廢水中碳酸根離子、碳酸氫根離子、氫離子和二氧化碳的截留能力不同,當(dāng)廢水經(jīng)過NF和RO處理后,水中的碳酸鹽系統(tǒng)會建立新的平衡,通常對碳酸根的截留能力最強(qiáng),因此過膜后,廢水的pH值通常會下降。冷卻循環(huán)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和除鹽水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)均要求pH值維持在7.0～9.0,由表5可知,一級RO和二級RO出水pH值均低于標(biāo)準(zhǔn),在回用前應(yīng)對pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.5uf對電導(dǎo)率的影響改進(jìn)膜法深度處理工藝對電導(dǎo)率的影響如表6和圖5所示。當(dāng)二沉池出水電導(dǎo)率在4520.0～5660μs/cm之間時(shí),預(yù)處理系統(tǒng)出水電導(dǎo)率在5430～6470μs/cm之間,預(yù)處理系統(tǒng)處理后電導(dǎo)率有一定程度升高;UF產(chǎn)水電導(dǎo)率在5510～6560μs/cm之間,UF對電導(dǎo)率的影響微乎其微;NF產(chǎn)水電導(dǎo)率在3100～3710μs/cm之間;經(jīng)一級RO處理后,電導(dǎo)率在105.4～149.1μs/cm之間;經(jīng)二級RO處理后,電導(dǎo)率降至10.5～15.8μs/cm之間。整個(gè)處理工藝電導(dǎo)率下降99.7%。電導(dǎo)率通常反映廢水中所含無機(jī)離子總量,無機(jī)離子尺寸都較小,UF幾乎對其沒有截留能力,可認(rèn)為UF對電導(dǎo)率沒有影響;NF對鈣鎂離子、硫酸根離子等二價(jià)離子的去除效果較好,但對鈉離子、鉀離子、氯離子等一價(jià)離子的去除效果相對較弱,相較于NF,RO對所有無機(jī)離子的去除效果均較好,因此NF和RO都使電導(dǎo)率下降,但RO的效果更好。2.6uf、nf、uf濁度uf去除效果比較改進(jìn)膜法深度處理工藝對濁度處理效果如表7和圖6所示。當(dāng)二沉池出水濁度在7.8～16.2NTU之間時(shí),預(yù)處理系統(tǒng)出水濁度在0.5～1.2NTU之間,預(yù)處理系統(tǒng)處理后濁度大幅度下降,去除率為91.2%～96.9%;UF產(chǎn)水濁度在0.1～0.3NTU之間,UF對濁度的去除效果顯著,去除率為40.0%～91.7%;NF產(chǎn)水濁度在0.1～0.2NTU之間,NF對濁度的去除率為0%～33.3%;經(jīng)一級RO處理后,濁度被完全去除,去除率100%。整個(gè)處理工藝對濁度的去除率達(dá)到100%。經(jīng)過UF處理后,濁度即可滿足循環(huán)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等深度處理用水要求。濁度指污水的渾濁程度,污水渾濁由水中含有的泥土、微生物、有機(jī)物等懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)引起,通常尺寸都較大,UF可截留大部分懸浮物和膠體,因此UF對濁度的去除效果顯著。NF的截留效果要高于UF,但經(jīng)過UF處理后,廢水中的濁度已基本穩(wěn)定,因此導(dǎo)致本實(shí)驗(yàn)中NF對濁度的去除率不高。3產(chǎn)污水處理系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)有對某焦化廢水使用預(yù)處理系統(tǒng)結(jié)合組合膜工藝進(jìn)行處理,對各工藝出水COD、總硬度、總堿度、濁度、電導(dǎo)率和pH值進(jìn)行測定,探究改進(jìn)膜法深度處理工藝的處理效果,得到如下結(jié)論:1)經(jīng)過整個(gè)處理工藝后,COD去除率達(dá)到99.8%,電導(dǎo)率下降99.7%,總堿度去除率達(dá)到99.1%～99.5%,總硬度去除率達(dá)到99.5%,濁度去除率達(dá)到100%。經(jīng)過兩級RO處理后,各污染物均基本去除。2)經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng),COD、總堿度、總硬度和濁度都能達(dá)到循環(huán)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和除鹽水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。對于濁度,經(jīng)RO處理后就可達(dá)到循環(huán)