MF-RO深度处理焦化废水的实验研究.pdf

MF-ＲO 深度处理焦化废水的实验研究 王勇军颜幼平姚兴尹子洋梁睿荣 广东工业大学 环境科学与工程学院， 广州 510006 摘要 采用微滤 MF反渗透 ＲO 双膜组合工艺对焦化废水进行深度处理， 通过正交实验考察不同进水温度、 pH 值、 回收率和反渗透操作压力等因素对 COD 和可溶性无机盐去除率的影响。结果表明 控制操作压力为8. 27 105Pa， 水温 为 40 ℃， pH 值为 7. 0 ～9. 0， 回收率为 60， 双膜法可使废水 ρ COD 降至 10 mg/L 以下， 去除率达 95 以上， 可溶性 无机盐去除率达 97， 浊度完全去除， 出水水质达 GB 503352002 污水再生利用工程设计规范 所要求的标准。 关键词 焦化废水; 深度处理; 微滤; 反渗透 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201410005 EXPEＲIMENTAL STUDY ON ADVANCED TＲEATMENT OF COKING WASTEWATEＲ BY MF- ＲO TECHNOLOGY Wang YongjunYan YoupingYao XingYin ZiyangLiang Ｒuirong School of Environmental Science and Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006， China AbstractMicrofiltration reverse osmosis technology is applied to coking effluents treatment． Factors rting influence on the removal of COD and soluble inorganic salt are discussed by changing temperature and pH value of coking effluents， recycling rate and operation pressure of reverse osmosis． The results show that the optimum operating conditions are as follows operation pressure 8. 27 105Pa， effluents temperature 40 ℃， pH value 7. 0 ～9. 0 and recovery rate 60． The COD dropped to below 10 mg/L and the removal rate of 95 or more， the removal of soluble inorganic salt rate of 97， and a complete removal of turbidity， the water quality can completely meet GB 503352002“Code for Design of Wastewater Ｒeclamation and Ｒeuse”． Keywordscoking effluents;advanced treating process;microfiltration;reverse osmosis 收稿日期 2013 －11 －04 0引言 焦化废水经常规生化处理后， 废水中 COD、 氨 氮、 硬度、 氯离子浓度等污染因子含量仍然偏高， 达不 到废水再利用的标准。随着我国对污水排放标准的 提高， 并限制了焦化行业的湿法熄焦技术， 排放的焦 化废水已没有地方消纳， 焦化厂普遍面临着焦化废水 深度处理及回用的难题。因此对现有焦化废水深度 处理工艺进行升级改造已迫在眉睫［1- 2 ］。 近年来， 焦化废水深度处理技术主要有吸附法、 氧 化法、 反渗透技术及电化学、 微波、 超声技术等。膜处理 技术由于占地面积小、 运行费用低、 操作方便、 流程简单 等优点， 现广泛应用于电子、 化工、 炼钢、 环境保护等领 域。本实验采用预处理 微滤 MF 反渗透 ＲO 双 膜技术深度处理焦化废水， 采用正交实验分析相关因素 对 COD 和可溶性无机盐去除效果的影响， 优化焦化废 水的双膜法深度处理工艺， 以达到降低运行成本、 高效 处理焦化生化废水及满足回用标准的目的 ［ 3- 8 ］。 1实验部分 1. 1实验原水及回用标准 实验原水取自某焦化厂处理后二级生化出水， 原 水水质及 GB 503352002污水再生利用工程设计 规范 标准见表 1。 1. 2测定项目及分析方法［9 ］ 主要测定项目为 COD、 NH3－N、Cl － 、 Fe、 浊度、 硬 度、 电导率及 pH 值等。其中 COD 采用 K2Cr2O7法 测定;NH3－N 采用纳氏试剂比色法测定; Cl － 采用 AgNO3滴定法测定; Fe 采用邻菲罗啉分光光度法测 81 环境工程 Environmental Engineering 表 1原水水质及水质标准 Table 1Ｒaw water quality and reclaimed water standard 项目原水水质GB 503352002 pH 值 无量纲6. 0 ～9. 06. 5 ～9. 0 ρ COD / mg L －1 100 ～200≤60 ρ 氨氮 / mg L －1 10 ～20≤10 ρ Cl － / mg L－1 350 ～450250 ρ Fe / mg L －1 1. 2 ～2. 0≤0. 3 浊度/NTU35. 4 ～60 ≤5 硬度/ mg L －1 200 ～300≤450 电导率/ μS cm －1 2 500 ～3 000 定; 浊度采用浊度计测定; 硬度采用 EDTA 滴定法测 定; 电导率采用 DDS- 11A 型电导率仪测定; pH 采用 PHS- 3C 型 pH 计测定。 1. 3实验装置及工艺流程 实验预处理部分是采用多介质过滤器和活性炭 过滤器， 微滤系统采用平板式微滤膜 PES- 200， 反渗 透则选择 ULP3020 芳香族聚酰胺异型膜。具体工艺 流程如图 1 所示。 图 1预处理 微滤 反渗透组合工艺流程 Fig．1Flow chart of pretreatment， MF and ＲO treatment process 为了系统运行操作方便整套装置采用 PCL 自动 控制。首先将焦化废水生化出水加入原水箱， 满足系 统需水量后， 启动电源、 原水泵、 增压泵按钮， 废水经 原水泵提升， 依次经过机械过滤器和活性炭过滤器的 预处理系统;再由微滤系统进行错流过滤， 增压泵在 水位达到条件时会自动运行， 废水被压至反渗透系 统。待装置运行稳定后， 取反渗透出水测 COD 值和 电导率， 计算 COD 和可溶性无机盐去除率 即脱盐 率 。计算方法如下 可溶性无机盐去除率 ［ A0－ A1 /A0］100 COD 去除率 ［ ρ COD0－ ρ COD1 ］/ ρ COD0100 式中 A0和 A1分别是原水和反渗透出水的电导率; ρ COD0 和 ρ COD1 分别是原水和反渗透出水的 COD 值。 2结果与讨论 2. 1正交实验及最优工艺条件 影响微滤 反渗透膜技术对焦化废水生化出水 处理效果的因素主要有进水温度、 pH 值、 系统回收率 及反渗透操作压力。本实验中， 采用正交法对上述 4 个因素进行优化选择。 正交实验选择因素和数据见表 2。正交实验结 果见表 3。数据处理以极差分析法确定合适因子， 各 因素对实验结果的影响程度见表 4、 表 5。 表 2正交实验选用的因子及水平 Table 2The selected factors and levels of orthogonal experiment 水平回收率/操作压力/kPapH温度/℃ 160551. 6520 270689. 5730 380827. 4940 表 3正交实验结果 Table 3The results of orthogonal experiment 实验 序号 回收率/ 操作压力/ kPa pH 温度/ ℃ COD 去除率/ 脱盐率/ 160551. 693076. 385. 8 270651. 652065. 683. 3 380551. 674068. 683. 7 460689. 572070. 586. 5 570689. 594082. 791. 3 680689. 553072. 983. 8 760827. 454093. 696. 8 870827. 473088. 493. 2 980827. 492080. 588. 2 表 4对 COD 去除率影响的极差分析结果 Table 4The range analysis results of factors influencing COD removal rate 回收率操作压力pH温度 Ti1240. 4210. 5232. 1216. 6 Ti2236. 7226. 1227. 5237. 6 Ti3222262. 5239. 5244. 9 Ki180. 170. 177. 472. 2 Ki278. 975. 375. 879. 9 Ki37487. 579. 881. 6 Ｒ6. 117. 349. 4 由表 4 极差分析得出 “微滤 反渗透” 膜组合 工艺用于去除焦化生化废水 COD 优化工艺参数为 系统回收率为 60， 反渗透操作压力为 827. 4 kPa， 91 水污染防治 Water Pollution Control 表 5对脱盐率影响的极差分析结果 Table 5The range analysis results of factors influencing desalination rate 回收率操作压力pH温度 Ti1268. 1252. 8263. 9258. 0 Ti2268. 4262. 2263. 4262. 8 Ti3255. 7278. 2265. 9272. 4 Ki189. 784. 387. 986. 0 Ki289. 587. 487. 887. 6 Ki385. 292. 788. 690. 9 Ｒ4. 58. 50. 84. 8 pH 值为5， 进水温度为40 ℃， COD 去除率达93. 6。 各因素影响程度序列为 操作压力 ＞ 温度 ＞ 回收率 ＞ pH值， 影响降解效率的主要因素是操作压力。 由表 5 极差分析得出 ， “微滤 反渗透” 膜组合 工艺用于去除可溶性无机盐的优化工艺参数为 系统 回收率为 60， 反渗透操作压力为 827. 4 kPa， pH 值 为 5， 进水温度为 40 ℃， 可溶性无机盐去除率达 96. 8。各因素影响程度依次为 操作压力 ＞ 温度 ＞ 回收率 ＞ pH 值， 影响处理效果的主要因素是反渗 透操作压力。 2. 2优化工况运行的实际处理效果 考虑到所采用的微滤膜和反渗透膜的性能指 标中对 pH 的适应范围为 1 ～ 10， 综合出水水质和 能耗， 实际运行工况采用 操作压力为 827. 4 kPa、 水温为 40 ℃ 、 pH 值为 7. 0 ～ 9. 0、 回收率为 60 ， 在此条件下研究双膜法深度处理焦化废水的效果 分析。 2. 2. 1对 COD 去除效果 实验期间进、 出水 COD 浓度的变化情况及去除 效果如图 2 所示， 进水水质波动大， 但系统产水 COD 基本维持在 10 mg/L 以下， COD 去除率在 95 以上， 远远优于循环冷却水补充水 ρ COD＜60 mg/L 的标 准。微滤 反渗透组合工艺对废水 COD 有稳定且显 著的处理效率。 2. 2. 2对可溶性无机盐的去除效果 双膜法组合工艺对可溶性无机盐的去除效果可 用水体电导率的变化来表征如图 3 所示， 系统进水电 导率在 3 000 ～3 500 μS/cm， 而产水电导率始终保持 在 100 μS/cm 以下， 系统可溶性无机盐去除率在 97以上。此膜组合工艺可以显著降低产水的含盐 量， 使其满足焦化厂多数生产工艺用水水质要求， 也 可以作为工业循环冷却水回用。 图 2进水、 出水 COD 质量浓度变化及去除率 Fig．2The COD concentration change and removal rate of influent and effluent 图 3进水、 出水电导率变化及去除率 Fig．3The electrical conductivity change and removal rate of influent and effluent 2. 2. 3对 NH3－N 的去除效果 工艺对 NH3－N 的去除效果如图 4 所示。由图 4 可知 实验进水氨氮均在 20 mg/L 以下， 而出水氨氮 质量浓度均小于 1 mg/L， 其去除率达到 95以上， 达 到且优于循环冷却水用水标准。 图 4进水、 出水 NH3 －N 质量浓度变化及去除率 Fig．4The NH3－N concentration change and removal rate of influent and effluent 02 环境工程 Environmental Engineering 2. 2. 4对 Cl － 的去除效果 实验期间进、 出水 Cl － 质量浓度变化情况如图 5 所示， 实验进水 Cl － 的质量浓度为 500 ～800 mg/L， 但 出水 Cl － 质量浓度始终在 50 mg/L 以下， Cl － 去除率 达 95以上， 满足污水再生利用工程设计规范中循 环冷却水的标准。 图 5进水、 出水 Cl－质量浓度变化及去除率 Fig．5The Cl － concentration change and removal rate of influent and effluent 整个实验过程中， 产水色度几乎为零， 浊度去除率 达100， 总铁含量 ＜0. 3 mg/L， 硬度 ＜450 mg/L， 各项 重要指标均达循环冷却水标准。结果表明微滤 反 渗透的膜组合工艺对焦化废水深度处理有较好效果， 出水满足回用标准。 3结论 经正交实验得到适宜的工艺参数为 操作压力为 827. 4 kPa、 水温为 40 ℃、 pH 值为 7. 0 ～ 9. 0 和回收 率为 60， 对于 COD 和可溶性无机盐去除率占主要 影响作用的是反渗透操作压力。 在最优工况条件下 ， “预处理 微滤 反渗透” 双膜法深度处理焦化废水， 处理后出水 ρ COD ＜10 mg/L， ρ NH3－N＜1 mg/L， ρ Cl － ＜50 mg/L， 色度和浊度基本完全去除， 且可溶性无机盐去除率达 97， 各项指标均达到循环冷却水标准。 实验证明 ， “微滤 反渗透” 膜技术工艺应用于 焦化废水深度处理及回用在技术上是可行的， 并且此 工艺具有占地面积小、 处理废水量大、 产水水质稳定 和操作简单等诸多特点， 具有较好的经济、 环境效益 和应用推广前景。 参考文献 ［1］张能一， 唐秀华， 邹平． 我国焦化废水的水质特点及其处理方 法［J］． 净水技术， 2005， 24 2 42- 47. ［2］杨桦， 张劲松． 焦化废水回用作循环冷却水的腐蚀特性［J］． 环境科学研究， 2010， 23 7 975- 978. ［3］郭健， 邓超冰， 冼萍， 等． “微滤 反渗透” 工艺在处理垃圾渗滤 液中的应用研究［J］． 环境科学与技术， 2011， 34 5 170- 182. ［4］徐竟成， 朱清漪， 李光明， 等． 印染废水微滤 － 反渗透工艺深度 处理研究［J］． 印染， 2008 5 24- 27. ［5］闻晓今， 周正， 魏钢， 等． 超滤 － 纳滤对焦化废水深度处理的试 验研究［J］． 水处理技术， 2010， 36 3 93- 95. ［6］周超， 高学理， 郭喜亮， 等． 双膜法工艺处理回用焦化废水的中 试研究［J］． 现代化工， 2012， 32 8 81- 86. ［7］仲惟雷， 彭立新． 反渗透技术在钢厂废水零排放项目中的应用 ［J］． 工业水处理， 2011， 31 11 81- 83. ［8］仲惟雷， 刘根廷， 费庆志． 反渗透抗污染膜在污水回用上的工 艺研究［J］． 大连交通大学学报， 2011， 32 1 79- 81. ［9］国家环境保护总局． 水和废水监测分析方法［M］． 4 版． 北京 中国环境科学出版社， 2002. 第一作者 王勇军 1987 － ， 男， 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