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      膜技術(shù)處理碎煤加壓氣化工藝污水應(yīng)用研究

      2016-10-21 08:03:53周梁源崔衛(wèi)民
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年5期
      關(guān)鍵詞:中水回用工業(yè)廢水

      周梁源 崔衛(wèi)民

      摘 ?要:該試驗采用反滲透膜技術(shù)處理碎煤加壓氣化工藝污水,反滲透裝置采用三級或四級反滲透膜,在裝置入口調(diào)節(jié)廢水pH值,延緩污水中有機物對膜的污染,降低清洗頻率,在三級或四級膜入口再次調(diào)節(jié)pH值,脫除廢水中的氨氮。經(jīng)過三級或四級膜的處理后,淡水指標(biāo)達(dá)到循環(huán)水回用要求,濃水進(jìn)行綜合利用。

      關(guān)鍵詞:反滲透膜技術(shù);碎煤加壓氣化;工業(yè)廢水;中水回用

      1 概述

      隨著石油資源短缺,煤資源儲量豐富的我國,發(fā)展以煤為原料的煤化工行業(yè)成為關(guān)系到國計民生的大事,但隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的興起,煤化工所帶來的弊端也日漸突出,其中環(huán)保問題就是煤化工發(fā)展的瓶頸問題。膜技術(shù)處理工業(yè)廢水,具有投資底,效率高,可循環(huán)利用等優(yōu)點,目前用膜技術(shù)處理各種工業(yè)廢水,有些已建成工業(yè)裝置?;诖?,新疆龍宇能源準(zhǔn)東煤化工有限責(zé)任公司和河南潔源膜技術(shù)有限公司合作,在河南義馬氣化廠把煤化工行業(yè)處理難度較大的碎煤加壓氣化工藝廢水通過膜技術(shù)濃縮處理,產(chǎn)生淡水回用作為研究方向,開展了歷時三年的中試研究。

      2 技術(shù)原理及應(yīng)用領(lǐng)域

      反滲透膜技術(shù),是用足夠的壓力使溶液中的溶劑(一般是水)通過反滲透膜(或稱半透膜)而分離出來,因為這個過程和自然滲透的方向相反,因此稱為反滲透。經(jīng)過反滲透處理,使水中雜質(zhì)的含量降低,提高水質(zhì)純度,其脫鹽率可達(dá)到98%以上,并能將水中大部分的細(xì)菌,膠體及大分子量的有機物去除。目前影響膜技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于直接處理工業(yè)污水的主要因素是膜的污堵問題,及由此帶來的膜的壽命和費用問題。

      碎煤加壓氣化工藝污水中的有機物以單元酚和多元酚為主,另外還含有少量的脂肪烴、芳香烴、雜環(huán)類和稠環(huán)類化合物,而水中有機物對膜的污染,主要取決于有機物的水溶性和極性,水溶性越差、極性越弱,越容易被吸附在膜上,造成沉積,形成有機污堵。碎煤加壓氣化工藝污水中的有機雜質(zhì)以酚類為主,酚類在堿性環(huán)境下易形成酚鹽,水溶性和極性都會得到很大提高,減少酚類在膜上的吸附?;谶@種認(rèn)識,并考慮膜對堿性環(huán)境的承受能力,在反滲透膜的入口,用計量泵加入酸/堿液,以調(diào)節(jié)pH值,使有機物對膜的污堵情況得到了明顯改善。

      針對此種效果,針對需要達(dá)到的淡水回用目標(biāo),設(shè)計了三級反滲透膜裝置,一級入口加堿調(diào)高pH,主要去除COD、酚類物質(zhì)。在三級入口處,加入硫酸,將污水由堿性調(diào)至略偏酸性,將游離氨氮轉(zhuǎn)化為銨鹽進(jìn)行去除,得到了很好的脫除效果,COD脫除率大于98%,氨氮脫除率大于96%。

      本技術(shù)成果可應(yīng)用于碎煤加壓氣化工藝污水處理并回用的領(lǐng)域。

      3 性能指標(biāo)

      (1)碎煤加壓氣化爐工藝廢水生化系統(tǒng)要求達(dá)到GB50335-200

      2《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》中相關(guān)指標(biāo),如表1所示。

      (2)中試裝置性能指標(biāo)要求。

      系統(tǒng)水回收率>75%;產(chǎn)水電導(dǎo)率<100μs/cm;COD<100mg/L

      實際達(dá)到性能:系統(tǒng)水回收率>77%;產(chǎn)水電導(dǎo)率<100μs/cm;

      COD<100mg/l

      運行期間各段去除率如表2所示。

      表2

      4 與國內(nèi)外同類技術(shù)比較

      對煤化工廢水特性的認(rèn)識以及良好的預(yù)處理、膜組合的設(shè)計方式使得我們的技術(shù)開創(chuàng)了煤化工廢水處理的先河,下面就傳統(tǒng)生化技術(shù)進(jìn)行比較,如表3所示。

      表3

      5 本試驗的創(chuàng)造性、先進(jìn)性

      (1)本應(yīng)用研究開創(chuàng)了煤化工廢水處理的新途徑,是國內(nèi)外第一次采用反滲透膜技術(shù)處理碎煤加壓氣化工藝污水。(2)創(chuàng)新了對碎煤加壓氣化廢水的認(rèn)識,通過利用有機物在不同pH條件下表現(xiàn)出的不同性質(zhì),并采用特殊的反滲透膜,降低了有機物對反滲透膜的污堵和清洗頻率,并保證了清洗恢復(fù)效果,實現(xiàn)了系統(tǒng)運行的可行性。(3)設(shè)計了科學(xué)的工藝流程、合理控制各級膜的水通量和去除效率,保證了在較高回收率下產(chǎn)出的淡水指標(biāo)達(dá)到循環(huán)水回用要求。

      6 作用意義

      針對碎煤加壓氣化廢水采用膜濃縮技術(shù)替代傳統(tǒng)生化處理工藝,可使處理的工藝流程大大縮短,并節(jié)約大量占地,特別是適應(yīng)寒冷地區(qū)冬季氣溫低、周期長的季節(jié)特點,便于工廠管理。淡水可直接回用循環(huán)水補充水,濃縮液可進(jìn)一步探討回收有效成分或用于水煤漿氣化爐制漿,提高工廠效益。對于當(dāng)前的液體廢物“零排放”的要求,可降低污水的處理難度,降低投資,節(jié)約占地,符合國家的節(jié)能減排方針。該項目相對于傳統(tǒng)技術(shù)具有很好的經(jīng)濟性。以河南義馬氣化廠的生化處理作對比如下:(處理規(guī)模140t/h)

      義馬氣化廠生化裝置投資約7500萬元,噸水處理成本約8.00元,若達(dá)到膜技術(shù)同等出水水質(zhì),需增加脫鹽裝置,按新鮮水的噸水成本計,約需增加1.50元/噸。而同等規(guī)模膜技術(shù)處理裝置,投資約2500萬,噸水處理成本約6.58元。按折舊周期15年計,傳統(tǒng)技術(shù)年綜合成本約1564萬元,膜技術(shù)年綜合成本約900萬,節(jié)約成本約664萬/年,遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。

      推廣應(yīng)用的范圍、條件和前景以及存在的問題和改進(jìn)意見:

      (1)推廣應(yīng)用的范圍:采用碎煤加壓氣化工藝的煤化工企業(yè)的工藝污水處理;其它存在高濃度,難降解廢水的工業(yè)行業(yè),但是在大規(guī)模應(yīng)用之前需要進(jìn)行中試,以確定最優(yōu)工藝條件。(2)市場推廣前景:目前國家和全社會對環(huán)保問題高度重視,新上煤化工項目必須達(dá)到少排,甚至零排的要求,在這種情況下,污水膜濃縮技術(shù)以其處理流程短、投資占地少、操作控制簡便、受環(huán)境制約小等獨特的優(yōu)勢,在工業(yè)污水處理領(lǐng)域有巨大的推廣價值和市場前景。(3)存在問題:由于試驗裝置規(guī)模較小,多采用手動操作,現(xiàn)場勞動強度較大。由于試驗裝置規(guī)模較小,現(xiàn)場沒有設(shè)置液堿罐,由運行人員用固堿配制NaOH溶液,影響現(xiàn)場環(huán)境。(4)改進(jìn)方向:工業(yè)放大時,采用自動化控制,減輕勞動強度?,F(xiàn)場設(shè)置液堿罐,采用自動配堿。

      參考文獻(xiàn)

      [1]李毓亮.反滲透膜污染過程與膜清洗的實驗研究[D].大連:大連理工大學(xué),2009.

      [2]劉妍萍,李秀金.處理垃圾滲濾液的反滲透膜污染研究[J].環(huán)境工程學(xué)報,2007,1(7):38-40.

      [3]劉茉娥,蔡邦肖,陳益棠.膜技術(shù)在污水治理及回用中的應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004:156-263.

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