MBR膜工藝在焦化廢水深度處理的研究

蘇傳輝，馬訓孟，孫慧玲

(1．山東省淮河流域水利管理局規劃設計院，山東 濟南 250100；2．山東利源海達環境工程有限公司，山東 濟南 250100；3. 山東省環境保護科學研究設計院，山東 濟南 250100)

資源與環境

MBR膜工藝在焦化廢水深度處理的研究

蘇傳輝1，馬訓孟2，孫慧玲3

(1．山東省淮河流域水利管理局規劃設計院，山東 濟南 250100；2．山東利源海達環境工程有限公司，山東 濟南 250100；3. 山東省環境保護科學研究設計院，山東 濟南 250100)

焦化廢水為焦化企業外排廢水中水量較大、處理難度較高的一股廢水， 焦化廢水水質特點為：氨氮較高，并且含有氰化物、硫化物等多種有毒有害的物質，成份復雜，水中有機物生物降解難度較大，污染物濃度較高。現有的焦化企業廢水處理常用工藝方法以生化法、高級氧化法和物理化學法等三大類，都存在運行復雜，排放水質不穩定等情況。本文以MBR膜工藝對某焦化企業生產廢水生化預處理后進行深度處理的中試試驗研究。通過實驗研究表明：MBR膜工藝處理經預處理后的焦化廢水可確保后續RO工藝穩定安全運行，確定MBR系統產水總體SDI<3比例達到80%，滿足RO系統進水要求，MBR系統的TMP峰值為0.5bar，均值為0.35bar，對焦化廢水COD、氨氮的去除率均達到30%左右，為后續工程設計提供了工藝參數選擇和運行依據。

焦化廢水；MBR；SDI；COD

焦化廢水為焦化企業外排廢水中水量較大、處理難度較高的一股廢水， 焦化廢水水質特點為：氨氮較高，并且含有氰化物、硫化物等多種有毒有害的物質，成份復雜，水中有機物生物降解難度較大，污染物濃度較高。廢水可生化性較差，屬于難生化降解的高濃度有機廢水。現有的焦化企業廢水處理常用工藝方法以生化法、高級氧化法和物理化學法等三大類，但都存在運行復雜，排放水質不穩定等情況。為了解決焦化廢水不易排放，污染嚴重等問題。經過對水質充分考察后，考慮采用MBR膜工藝對焦化廢水進行深度處理。并以此工藝為基礎進行了中試試驗驗證。選擇MBR工藝作為RO預處理工藝可以進一步提高生化出水水質，為后續工藝穩定運行提供穩定安全的保護。因此確定合適MBR運行參數和評價其產水效果，探索反滲透穩定安全工況是本次中試實驗研究的創新點和重要目的。同時通過中試實驗，確定MBR系統經過篩選優化的運行參數和出水水質，考察實驗期間RO系統的耐受性和穩定性，為后續工程設計提供工藝參數選擇和運行依據。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與藥劑

SDI測定儀、COD恒溫加熱器、分光光度計、COD瓶、比色管、冷凝管、錐形瓶等玻璃器皿重鉻酸鉀、鄰菲羅啉、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、濃硫酸、硫酸銀、硫酸汞、氫氧化鈉、鹽酸、亞硝酸鈉、磷酸、對氨基苯磺酰胺、N-(1-萘基)-乙二胺、碘化鉀、碘化汞、酒石酸鉀鈉、氯化銨(以上試劑均為分析純)。

1.2 測試指標和測試方法

SDI15：ASTM方法4189-95

氨氮：納氏試劑分光光度法

CODcr：重鉻酸鉀氧化法

1.3 中試實驗裝置及運行控制

MBR中試系統包括5支MBR膜，1臺產水泵、1臺真空泵和1臺反洗泵、1套反洗殺菌劑、反洗加酸投加裝置等。MBR中試系統工藝控制參數見表1。

表1 MBR中試系統工藝控制參數

實驗進水：某焦化企業生產廢水經過生化預處理后廢水

1.4 實驗方法

(1)觀察MBR連續運行的膜系統過濾可靠性和產水水質穩定性；

(2)在不同通量、來水水質條件下，考察MBR系統產水的SDI15能否達到反滲透的進水要求(SDI≤3)；

(3)考察MBR對來水水質劇烈波動條件下的適應性，包括不同反洗頻率反洗水量變化條件下對MBR壓差穩定性和經MBR處理后出水水質的影響；

2 實驗分析及結果

2.1 MBR產水SDI變化結果研究

SDI值是污染指數的簡稱，在反滲透進水指標的控制中SDI值是最為重要的一個指標。目前大家以15minSDI值計作SDI15值。按照上述實驗裝置控制MBR系統運行，實驗期間共獲得MBR出水SDI15值數據43個。MBR出水SDI值的實驗結果如圖1所示。

圖1 實驗MBR系統產水SDI變化曲線圖

由圖1可以看出，MBR系統在前期調試階段，由于進水不穩定性得影響，難以保持相對均勻的進水水質條件，實驗開始調試初期，以該企業原有系統二沉出水并配部分自來水作為MBR系統的進水運行，由于配水導致MBR系統初期產水SDI指數變化較為明顯。如圖1所示，SDI偏高現象出現在在實驗初期以及系統配水運行初期階段(兩階段SDI值如在圖中標示)，分析出現該現象的主要原因應為企業二沉池出水在配自來水后水質發生變化。此現象在MBR系統經過初期調試運行及配水運行后消失，并可穩定長時間正常運行，SDI指數以及T0值均可穩定。圖1中橫直線為SDI值為3的直線。從橫直線可以看出，MBR系統經過前期調試及配水運行后，系統可穩定運行，且SDI值均小于3，經過長時間的中試試驗，MBR系統出水SDI值的達標率超過80%。在反滲透進水指標的控制中SDI值是最為重要的一個指標。目前大家以15minSDI值計作SDI15值。SDI15值越低，說明對反滲透膜的污染程度越小，因此反滲透膜的清洗周期就越長。因此該中試試驗結果表明：MBR膜工藝處理焦化廢水后的出水SDI滿足后續RO系統進水要求。

2.2 實驗運行中MBR壓差(TMP)變化情況

MBR穩定運行，改變MBR產水量，壓力記錄為人工讀數取值，每小時記錄一個產水壓力值，從而得到不同產水通量下TMP的變化情況。由于記錄時間點隨機性較大，少數峰值較大的壓力為真空泵啟動時產水負壓值，因此分布態較平均的數值代表了該通量下的實際壓差范圍。實驗結果如下圖2所示。

由圖2我們可以看出，在平均產水通量為10L/m2·h狀況下運行時，TMP初始看不出明顯上升的趨勢，隨有波動但短時間內可穩定運行，壓差仍處于低位(<0.15bar)水平。 當MBR通量提升在第二階段提升到15L/m2·h；從圖2可以看出在接近300h連續運行條件下壓差高位值仍低于0.25bar，平均運行壓力差在0.15bar左右，但由于后期進水原因，出現MBR系統壓力突變的情況。在20 L/m2·h通量下運行初始TMP能恢復到正常水平。在連續10天運行中，MBR系統的TMP峰值為0.5bar，均值為0.35bar，仍在MBR系統正常穩定產水壓差范圍內。

圖2 實驗中不同產水通量下MBR的TMP變化曲線

2.3 MBR系統對焦化廢水COD去除情況

在所有MBR系統中試實驗期間，隨機取樣測MBR系統進出水COD值，由于受生化來水波動影響實驗期間共獲有效分析數據24個，實驗結果如下圖3所示。

圖3 實驗階段MBR系統COD變化和去除率情況

由圖3可以看出，由于進水水質波動較大，當接觸氧化生化效果受到沖擊波動時COD變化幅度也很大，實驗期間MBR進水COD濃度變化范圍在245～741.9mg/L，COD測試方法采用國家標準回流滴定法，從整個曲線的變化趨勢來看，MBR產水COD值與進水COD相關，平均去除率為34.2%。因此MBR系統能從一定程度降低COD過高對后續RO系統的處理難度，保障RO系統在較穩定安全范圍里運行。

2.4 MBR系統對焦化廢水氨氮去除情況

在所有MBR系統中試實驗期間，隨機取樣測MBR系統進出水氨氮值，同COD實驗相同由于進水水質波動大，因此采樣水質變化較大，實驗結果如圖4所示。

由圖4可以看出， MBR進水NH4-N受生化效果和來水水質影響比較嚴重，進水氨氮最高值達201.9 mg/L。MBR產水NH4-N含量和單次去除率也受進水NH4-N影響，在實驗階段內對氨氮平均去除率為29.7%。MBR對氨氮的去除率有限，分析原因可能是由于廢水在于MBR系統HRT太短，加上整體MBR系統運行時間短，MBR系統膜池內培養的硝化菌未能較好的發揮作用，因此廢水氨氮去除率達到30%左右。

3 結論

(1)實驗證明MBR膜法應用于焦化廢水，在預處理階段保持出水水質穩定時，采用MBR深度處理生化產水SDI均小于3，總體SDI<3比例達到80%。MBR膜工藝處理焦化廢水后的出水SDI滿足后續RO系統進水要求，系統運行可靠。

(2)在三種不同MBR通量下運行時發現，MBR系統設計通量下在15 L/m2·h，TMP相當穩定，長達400h連續運行壓差無增長的趨勢。在提高膜通量為20 L/m2·h下運行時，穩定運行段TMP有微小的增長，但仍在低值區域內安全運行。

(3)MBR系統對焦化廢水的COD和氨氮均有一定的去除，但由于進水水質波動較大，對COD和氨氮的去除也有一定的波動，但平均去除率均為30%左右，因此MBR系統能從一定程度降低污染物對后續RO系統的處理難度。

圖4 實驗階段MBR系統氨氮變化和去除率情況

[1] 肖蓉蓉,楊皓潔,唐 奕,等. 焦化廢水MBR深度處理試驗研究[J].水處理技術，2011, 37(8):72-76.

[2] 任 源,韋朝海,吳超飛, 等.焦化廢水水質組成及其環境學與生物學特性分析[J]. 環境科學學報,2007,27(7):1094-1100.

[3] Comerton A M，Andrews R C，Bagley D M.Evaluation of a MBR-RO system to produce high quality reuse water:Microbial control,DBPformation and nitrate[J].Water Research,2005, 39(16):3982.

[4] Qin Jian Jun,Kekre Kiran Arun, Tao Guihe,et al.New option of MBR-RO process for production of NEWater from domestic sewage[J].Journal of Membrane Science,2006,272(1-2):70-77.

(本文文獻格式：蘇傳輝，馬訓孟，孫慧玲.MBR膜工藝在焦化廢水深度處理的研究[J].山東化工，2017，46(08)：157-159,162.)

Experimental Study on the Treatment of Coking Wastewater by MBR Membrane Technology

SuChuanhui1，MaXunmeng2，SunHuiling3

(1．Shandong Province, Huaihe Basin Water Resource Planning and Design Institute， Jinan 250100,China；2．Shandong Iiyuanhaida Environment Engineering Co.,Ltd.， Jinan 250100,China；3. Shandong Academy of Environmental Science， Jinan 250100,China)

Coking wastewater mainly comes from the process of coking gas, gas purification, chemical product recovery and processing. Coking wastewater mainly contains ammonia, phenol, cyanide, sulfide and other organic substances, complex composition, also contains cyanide, inorganic fluoride and ammonia nitrogen and other toxic Hazardous substances, higher concentrations of pollutants. The existing coking enterprises wastewater treatment commonly used methods to biochemical, advanced oxidation and physical chemistry and other three categories, there are complex operation, the discharge of water quality instability and so on. In this paper, MBR membrane technology for a coking enterprise production wastewater treatment of the pilot in the pilot study. The experimental results show that the pretreatment process of MBR membrane can ensure the safe and safe operation of the subsequent RO process, and determine the total SDI <3 ratio of MBR system to 80%, meet the requirements of RO system water supply, MBR system The TMP peak is 0.5 bar and the mean value is 0.35 bar. The removal rate of COD and ammonia nitrogen in the coking wastewater is 30%, which provides the selection and operation basis for the subsequent engineering design.

coking wastewater; MBR；SDI；COD

2017-03-07

蘇傳輝(1966—)，工程師，大學本科，研究方向環境工程。

X703

A

1008-021X(2017)08-0157-03