膜蒸馏技术处理焦化废水

焦化废水是一种典型的有毒难降解有机废水，含有酚、氰、油、氨氮等有毒有害物质。宝钢的焦化废水主要来自焦炉煤气初冷和焦化生产过程中生产用水以及蒸汽冷凝废水。它是一种污染物浓度高，难于降解的废水，处理难度大。目前，以厌氧酸化、反硝化、生化处理、絮凝沉淀分离等工艺方式进行焦化废水无害化处置，工艺流程长、处理效果有待提升。

膜分离技术是目前最有发展前途的水处理技术之一。以选择性多空薄膜为分离介质，使分子水平上不同粒径分子的混合物、溶液借助某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)通过膜时实现选择性分离的技术，低分子溶质透过膜，大分子溶质被截留，从而实现分离溶液中不同分子量的物质，从而达到分离、浓缩、纯化目的。近些年来，扩散定理、膜的渗析现象、渗透压原理、膜电势等研究为膜技术的发展打下了坚实的理论基础，膜分离技术日趋成熟。

膜蒸馏(membrane distillation，简称MD)是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程，它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔，从而实现分离的目的。与其他常用分离过程相比，膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械性能要求不高等优点。膜蒸馏技术目前在海水淡化、超纯水制备、废水处理、共沸混合物的分离等领域研究较多。

1、实验

1.1 目标

宝钢焦化废水采用UF+NF+RO工艺处理后，会产生大量RO废水。为了满足日益严格的环保要求，真正实现焦化废水“零排放”，本研究采用60L/h膜蒸馏实验设备对宝钢焦化RO废水进行浓缩减量处理实验。

1.2 实验用水

实验用水为宝钢化工焦化RO废水，水质分析如表1所示。

RO工艺之前的NF作为预处理，SS、Ca2+、Mg2+大部分得到去除。但RO废水中COD含量较高，有可能在膜表面造成有机污染。

1.3 实验装置

实验用膜采用PTFE管式疏水膜，平均孔径为0.2μm，孔隙率达85%，膜面积为6m2。实验装置采用4级膜组件串联，溶液冷热错流运行，产水量为60L/h。实验装置工艺流程如图1所示。

1.4 实验参数

实验参数如表2所示。

1.5 实验方法

实验预处理废水量为3220L，膜蒸馏实验过程中维持热液温度为(80±1)℃，热液流速为4m3/h。实验通过测量产水量来计算膜通量。原液和产水中pH、COD和各离子浓度等测定参照《水和废水监测分析方法》。

2、结果与讨论

2.1 产水通量变化分析

对RO废水进行膜蒸馏52h连续运行，实验过程中产水通量如图2所示。系统运行初期，产水通量约为2.0kg/m2•h，与出厂膜通量相比下降约20%，通量的波动在合理的范围内。随着运行时间的延长，产水通量逐渐降低，在运行40h后，通量约为1.79kg/m2•h，较运行初期下降了12%。通量下降可能是由于少量有机物造成膜孔的润湿，但整体而言，产水通量下降较缓慢，RO废水并未造成膜孔堵塞。系统尚有足够的产能进一步浓缩RO废水。

2.2 产水水质变化分析

膜蒸馏过程中产水水质的变化如表3所示。系统pH维持在7～8之间。产水水质成分存在小范围内的波动，但并没有随着系统运行时间的延长而恶化，系统可对RO废水进一步浓缩。COD、TCN、TN、TP、SS、挥发酚、石油类产水最大浓度分别为28mg/L、0.023mg/L、5.02mg/L、0.03mg/L、2.0mg/L、0.015mg/L、1.65mg/L，均达到《炼焦化学工业污染物排放标准》GB16171－2012排放限值要求。氯化物、硫酸根、钙硬度和悬浮物最大浓度分别为6.0mg/L、7.61mg/L、4.2mg/L、2.0mg/L，满足宝钢工业用水水质标准60mg/L、50mg/L、100mg/L、10mg/L，所以产水可作为工业用水回用。

由表3与图1可知当两种破乳剂单独作用时，脱水速率较快，15min左右即可稳定，破乳剂108脱水量高于破乳剂123的脱水量。复配破乳剂脱水速率较慢，30min左右即可稳定，相对于破乳剂123而言复配破乳剂的脱水量较大，效果较好。但是与破乳剂108相比，脱水速率较慢。由此可得，复配破乳剂��原油乳状液的破乳具有较为明显的作用，不同破乳剂对原油乳状液的破乳效果不同，因此适当的选择破乳剂或破乳剂复配显得尤为重要。

3、结论

通过控制变量设置对照组的实验研究了SZ36－1聚合物驱油田原油乳化液破乳实验，其中设置的变量为:聚合物的浓度的含量、温度、不同种类破乳剂。

得出以下结论:

(1)温度对脱水率的影响:随着温度、含水率的升高，脱水率逐渐提高但脱水速率变慢，最佳脱水温度在60～65℃之间。

(2)随着聚合物含量的增加，脱水率缓慢升高后降低，污水含油量逐渐增加。

(3)破乳剂108以及破乳剂123脱水效果均表现出色，其中破乳剂108表现最好。两者1∶1复配则表现出脱水效率以及时间上不如单一种类的破乳剂效果好。（来源：宝武集团环境资源科技有限公司）