鐵碳微電解/膜生物反應(yīng)器工藝在煤制油廢水處理中的應(yīng)用

喬曉平，任玲兵

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046204)

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鐵碳微電解/膜生物反應(yīng)器工藝在煤制油廢水處理中的應(yīng)用

喬曉平，任玲兵

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046204)

將傳統(tǒng)的水處理設(shè)施改造成為以鐵碳微電解/膜生物反應(yīng)器處理廢水工藝，通過中試研究了鐵碳微電解/膜生物反應(yīng)器在高效處理煤制油廢水中的應(yīng)用。結(jié)果表明，鐵碳微電解/膜生物反應(yīng)器與傳統(tǒng)水處理技術(shù)相比具有很大的優(yōu)勢，采用這種物理化學(xué)、生物化學(xué)相結(jié)合的方法處理煤制油廢水是一種行之有效的新工藝，而且經(jīng)濟(jì)性更好。

鐵碳微電解；膜生物反應(yīng)器；煤制油廢水處理

引 言

隨著全球化石能源的開發(fā)，石油資源的需求和開采與日俱增。按照目前世界石油的平均開采速度，地球上石油的開采時間將不足40年。煤制油作為一種以煤代油或者緩解石油供需的煤基清潔能源技術(shù)，近年來，被世界發(fā)達(dá)國家及少數(shù)發(fā)展中國家廣泛研究。據(jù)預(yù)測，到2020年，我國的煤制油產(chǎn)能將達(dá)到3 000萬t以上規(guī)模。然而，煤制油過程廢水產(chǎn)量大、處理難度大、成本高，為煤制油技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用帶來了巨大的挑戰(zhàn)[1-2]。

山西潞安煤基清潔能源有限公司發(fā)揮自身獨特優(yōu)勢，由煤炭開采向煤炭深度轉(zhuǎn)化，由棄采高硫煤轉(zhuǎn)化成為煤基清潔油品和化學(xué)品，使產(chǎn)品附加值倍增的同時實現(xiàn)了煤炭的高效、清潔利用。公司積極響應(yīng)國家能源利用和環(huán)境保護(hù)在環(huán)保方面的方針和政策，投巨資不斷進(jìn)行技術(shù)改造，最大程度使三廢達(dá)標(biāo)排放，實現(xiàn)“零排放”。本文以山西潞安煤基清潔能源有限公司廢水處理技術(shù)改造為研究項目，通過對出水水質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)出水水質(zhì)指標(biāo)完全符合廢水回用處理的進(jìn)水水質(zhì)要求。

1 公司污水處理站現(xiàn)狀

污水處理站廢水處理系統(tǒng)主要處理氣化廢水、合成廢水以及其他生產(chǎn)廢水，目的是除去廢水中的烴類物質(zhì)、有機(jī)化合物、氰化物和懸浮物等。分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有傳統(tǒng)的廢水處理工藝效果不理想，不能滿足后續(xù)廢水回用處理的進(jìn)水水質(zhì)要求，需要充分利用現(xiàn)有設(shè)施對水處理系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化改造。

本單元處理規(guī)模600 m3/h，設(shè)置兩系列。采用隔油—一級氣浮—二級氣浮工藝進(jìn)行處理。

2 原有工藝概況

2.1 原有工藝現(xiàn)狀

公司在用水中遵循“減量化、分級利用、一水多用、處理回用“的原則，廢水實施采用“分質(zhì)緩存、分質(zhì)處理、處理后凈水回用”方法，達(dá)到降低新鮮水消耗、減少廢水排放對周邊環(huán)境影響的目的。根據(jù)設(shè)計采用了隔油—氣浮—生化的傳統(tǒng)老三套工藝，基本能夠滿足廢水排放標(biāo)準(zhǔn)要求，但難以滿足后續(xù)廢水回用處理的進(jìn)水水質(zhì)要求。

2.2 原工藝存在的問題

2.2.1 混凝氣浮部分功能失效

由于廢水處理要達(dá)到回用的標(biāo)準(zhǔn)，所以廢水中含有的焦油、復(fù)合芳香烴等溶解性難降解有機(jī)物處理率就得大大提高。通過原先工藝處理發(fā)現(xiàn)，廢水中CODCr值2 000 mg/L～3 100 mg/L，BOD5濃度低，BOD5/CODCr≈0.1，生化系統(tǒng)處理效果差。

2.2.2 氣浮前PAC混凝處理效果不佳

廢水氣浮前，PAC混凝劑的混凝沉降作用CODCr去除率在8%左右，且BOD5濃度無變化，并導(dǎo)致氣浮作用失效，出水CODCr值不符合后續(xù)廢水回用處理進(jìn)水的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.3 二沉池不能發(fā)揮作用

由于公司規(guī)模較大，廢水處理設(shè)施的基建安裝到全廠試運行經(jīng)歷了很長一段時間，雖然期間及時組織開展了維護(hù)工作，但由于廢水水質(zhì)回用標(biāo)準(zhǔn)高于排放標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致生化系統(tǒng)壓力增加，出現(xiàn)了活性污泥膨脹、松散等情況，二次沉淀之后出水SS濃度甚至高于排放標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足回用處理中進(jìn)水的要求。

3 煤制油廢水鐵碳微電解/膜生物反應(yīng)器處理工藝改造

針對原有廢水處理工藝的現(xiàn)狀及存在問題，公司利用原有設(shè)施，提出了以鐵碳微電解/膜生物反應(yīng)器為核心的改造工藝,并進(jìn)行了中試實驗。在隔油處理工序和混凝曝氣工序之間增加鐵碳微電解工藝環(huán)節(jié)，將鐵碳微電解處理設(shè)備置于二沉池內(nèi)，并在一級生化反應(yīng)池末端增加MBR膜生物反應(yīng)器，利用鐵碳微電解作用升高pH值，節(jié)省堿用量，同時利用了鐵氫氧化物的混凝作用，提高了曝氣有效率，改善了廢水可生化性能，再經(jīng)回用水處理系統(tǒng)處理后達(dá)到回用的標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 改造工藝

3.1.1 隔油后廢水鐵碳微電解工藝預(yù)處理

針對廢水氣浮混凝藥劑處理效果差的問題，對隔油后廢水進(jìn)行鐵碳微電解預(yù)處理[3]。酸性條件下，鐵和碳之間電極電位差形成了微電池，從而可有效脫除廢水中的極性有機(jī)污染物。公司廢水pH≈4～5，處于鐵碳微電解工藝的最佳pH值范圍，且附近有鐵加工廠，能夠獲得廉價廢舊鐵屑，同時也節(jié)省了運輸成本[4]。鐵碳微電解處理后，廢水pH值上升到8左右，生成的Fe(OH)2在該pH值下能夠自行混凝，預(yù)處理后再通過氣浮裝置，能夠顯著提高CODCr的脫除率，廢水的可生化性也得到了進(jìn)一步改善。

3.1.2 SS的MBR膜生物反應(yīng)器處理工藝

MBR膜生物反應(yīng)器將膜組件和活性污泥相結(jié)合，近些年，在污水處理工藝升級改造中的應(yīng)用十分廣泛，SS脫除率很高[5]。使用MBR膜生物反應(yīng)器處理煤制油廢水能夠顯著減小二沉池的占地面積，在生化反應(yīng)池末端增設(shè)膜生物反應(yīng)器，曝氣風(fēng)機(jī)風(fēng)量足夠的情況下無需再增加額外曝氣裝置[6]。

3.1.3 部分二沉池用作鐵碳微電池反應(yīng)地

為了貫徹原能源部關(guān)于節(jié)能文件的精神，公司優(yōu)化了全廠的工藝總平面布置，不同的工藝構(gòu)筑物之間距離很短。為了進(jìn)一步節(jié)省占地，可將二沉池的一部分作為鐵碳微電池反應(yīng)地。

3.2 中試試驗

為了觀察該改造方案的處理效果，公司在水處理車間進(jìn)行了5 m3/h中試試驗。

3.2.1 設(shè)備改造

1) 鐵碳微電池

Φ2.0 m×3.5 m，V=10 m3，鋼材質(zhì)板，內(nèi)襯防腐PVC，填充8 t鐵屑。

2) 脫氨塔

Φ3.0 m×4.5 m，HRT=6 h，玻璃鋼材質(zhì)，內(nèi)部填充1套填充纖維，配備1用1備2臺離心風(fēng)機(jī)。

3) 氣浮裝置

使用鋼制溶氣氣浮機(jī)，5 m3/h處理能力成套設(shè)備。

4) 生化反應(yīng)池

一級生化反應(yīng)池2.5 m×6.0 m×2.5 m，HRT=6 h，不銹鋼材質(zhì)，配備1用1備2臺離心風(fēng)機(jī)。

MBR膜生物反應(yīng)器池尺寸同一級生化反應(yīng)池，鋼材質(zhì)，MBR膜片MBR-20共40片，配1用1備2臺自吸泵、1臺反吸泵。

3.2.2 改造后工藝流程

選擇調(diào)節(jié)罐出水作為中試用水，即隔油池出水，pH≈4～5，酸性，為鐵碳微電解最佳pH值范圍，接受鐵碳微電解工藝處理，提升廢水可生化性能。鐵碳微電解處理后，廢水送入脫氨裝置，調(diào)整pH上升為堿性。因為經(jīng)過了鐵碳微電解后對廢水中的酸起到了一定的中和作用，所以能夠顯著降低堿的用量，從而節(jié)省成本。脫氨處理后，廢水送入混凝氣浮池，F(xiàn)e(OH)2、Fe(OH)3的絮凝作用顯著增強(qiáng)了混凝氣浮池對廢水中CODCr的脫除率，絮凝劑的用量也更小。氣浮混凝結(jié)束之后，廢水送入一級生化池和MBR膜生物反應(yīng)器進(jìn)行生物降解。

3.2.3 出水水質(zhì)

中試出水水質(zhì)見表1。

表1 中試出水水質(zhì)

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

3.3.1 投資規(guī)模

MBR膜生物反應(yīng)器總投資規(guī)模15萬元，鐵碳微電解系統(tǒng)1萬元。

3.3.2 運行費用

5 m3/h規(guī)模中試，堿、脫氨、膜清洗劑、鐵屑平均費用0.25元/m3，潛污泵、自吸泵和風(fēng)機(jī)耗電量1.4元/m3，水及人工費分別為0.06元/m3、0.2元/m3，總處理費用1.73元/t。改造后，水處理節(jié)省了PAC費用，車間曝氣裝置風(fēng)量滿足需求，無需額外增加曝氣裝置，節(jié)省了一筆較大的投資。

4 結(jié)論

中試試驗證明，鐵碳微電解-膜生物反應(yīng)器廢水處理工藝在煤制油廢水處理中的應(yīng)用不僅滿足了廢水排放標(biāo)準(zhǔn)要求，而且為后期的廢水回用達(dá)標(biāo)奠定了基礎(chǔ)，顯著提高了煤制油廢水中難降解石油組分的可生化性能，節(jié)省了混凝和pH調(diào)節(jié)的藥劑用量，廢水處理成本經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)，在煤制油廢水處理中有很大的應(yīng)用前景。

[1] 楊欣，武福平，馬國綱，等.鐵碳微電解與生物接觸氧化法聯(lián)用處理涂料廢水[J].城市道橋與防洪,2016(2)：163-166.

[2] 郭冀峰，付少杰，黃宇華，等.鐵碳微電解/膜生物反應(yīng)器工藝在煤制油廢水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)用水與廢水,2016,47(1):36-38.

[3] 陳威，黃燕萍，袁書保.鐵碳微電解在合成制藥廢水中的應(yīng)用[J].給水排水,2016,42(3):58-62.

[4] 劉春早，王春雨，喬瑞平，等.鐵碳微電解深度處理煤制氣廢水的條件優(yōu)化[J].化學(xué)工程,2014,42(11):15-19.

[5] 姜興華，劉勇健.鐵碳微電解法在廢水處理中的研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2014,35(1):26-28.

[6] 劉志誠.鐵碳微電解-曝氣生物濾池處理聚醚廢水[J].化學(xué)工程師,2009(1):27-30.

The application of iron-carbon micro-electrolysis/membrane bioreactor process in coal-to-oil wastewater treatment

QIAO Xiaoping, REN Lingbing

(Shanxi Lu’an Coal-Based Clean Energy Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046204, China)

Traditional waster treatment facilities are transformed into iron-carbon micro-electrolysis/membrane bioreactor wastewater treatment process. This paper studies the application of iron-carbon micro-electrolysis/membrane bioreactor in high effective coal-to-oil wastewater. Results show that compared with the traditional water treatment technology, iron-carbon micro-electrolysis/membrane bioreactor has great advantage. By adopting the combination of the physical and chemical, biological, chemical methods of coal-to-oil wastewater treatment is a new effective and more economical technique.

iron-carbon micro-electrolysis; membrane bioreactor; coal-to-oil wastewater treatment

2016-06-13

喬曉平，女，1987年出生，2009年畢業(yè)于太原科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，助理工程師。研究方向：煤制油環(huán)保。

環(huán)境保護(hù)

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.34

X703

A

1004-7050(2016)05-0108-03