膜蒸餾技術處理焦化廢水

焦化廢水是一種典型的有毒難降解有機廢水，含有酚、氰、油、氨氮等有毒有害物質。寶鋼的焦化廢水主要來自焦爐煤氣初冷和焦化生產過程中生產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。

膜分離技術是目前最有發(fā)展前途的水處理技術之一。以選擇性多空薄膜為分離介質，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)通過膜時實現(xiàn)選擇性分離的技術，低分子溶質透過膜，大分子溶質被截留，從而實現(xiàn)分離溶液中不同分子量的物質，從而達到分離、濃縮、純化目的。近些年來，擴散定理、膜的滲析現(xiàn)象、滲透壓原理、膜電勢等研究為膜技術的發(fā)展打下了堅實的理論基礎，膜分離技術日趨成熟。

膜蒸餾(membrane distillation，簡稱MD)是膜技術與蒸餾過程相結合的膜分離過程，它以疏水微孔膜為介質，在膜兩側蒸氣壓差的作用下，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械性能要求不高等優(yōu)點。膜蒸餾技術目前在海水淡化、超純水制備、廢水處理、共沸混合物的分離等領域研究較多。

1、實驗

1.1 目標

寶鋼焦化廢水采用UF+NF+RO工藝處理后，會產生大量RO廢水。為了滿足日益嚴格的環(huán)保要求，真正實現(xiàn)焦化廢水“零排放”，本研究采用60L/h膜蒸餾實驗設備對寶鋼焦化RO廢水進行濃縮減量處理實驗。

1.2 實驗用水

實驗用水為寶鋼化工焦化RO廢水，水質分析如表1所示。

RO工藝之前的NF作為預處理，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污染。

1.3 實驗裝置

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

1.4 實驗參數(shù)

實驗參數(shù)如表2所示。

1.5 實驗方法

實驗預處理廢水量為3220L，膜蒸餾實驗過程中維持熱液溫度為(80±1)℃，熱液流速為4m3/h。實驗通過測量產水量來計算膜通量。原液和產水中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、結果與討論

2.1 產水通量變化分析

對RO廢水進行膜蒸餾52h連續(xù)運行，實驗過程中產水通量如圖2所示。系統(tǒng)運行初期，產水通量約為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。隨著運行時間的延長，產水通量逐漸降低，在運行40h后，通量約為1.79kg/m2?h，較運行初期下降了12%。通量下降可能是由于少量有機物造成膜孔的潤濕，但整體而言，產水通量下降較緩慢，RO廢水并未造成膜孔堵塞。系統(tǒng)尚有足夠的產能進一步濃縮RO廢水。

2.2 產水水質變化分析

膜蒸餾過程中產水水質的變化如表3所示。系統(tǒng)pH維持在7～8之間。產水水質成分存在小范圍內的波動，但并沒有隨著系統(tǒng)運行時間的延長而惡化，系統(tǒng)可對RO廢水進一步濃縮。COD、TCN、TN、TP、SS、揮發(fā)酚、石油類產水最大濃度分別為28mg/L、0.023mg/L、5.02mg/L、0.03mg/L、2.0mg/L、0.015mg/L、1.65mg/L，均達到《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》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)用水水質標準60mg/L、50mg/L、100mg/L、10mg/L，所以產水可作為工業(yè)用水回用。

由表3與圖1可知當兩種破乳劑單獨作用時，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?shù)倪x擇破乳劑或破乳劑復配顯得尤為重要。

3、結論

通過控制變量設置對照組的實驗研究了SZ36－1聚合物驅油田原油乳化液破乳實驗，其中設置的變量為: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：寶武集團環(huán)境資源科技有限公司）