中水回用系統在處理焦化后混出水過程中需注意的問題淺析

張成展，劉漢忠，劉 波

（本鋼北營煉鐵總廠，遼寧 本溪 117000）

引言

在國家倡導低碳發展和節能減排的大環境下，中水回用技術被越來越多地應用到生產生活的各個領域。為了降低焦化廢水的危害性和對環境的影響，國家發展和改革委員會在《焦化行業準入條例》中明確焦化廢水經處理后要做到內部循環使用[1]。為響應國家號召，本鋼北營焦化廠在對廠區140立/時進行A-A-O活性污泥法生物處理后，再通過流化床和后混凝處理，將后混出水全部送至中水系統（UF+RO）進行處理。具體工藝路線為混凝沉淀池出水進入中間池緩沖后，經提升泵提升進入多介質過濾+臭氧催化氧化+BAF系統，經過臭氧氧化后的出水進入浸沒式超濾裝置進行過濾，降低來水的懸浮物和膠體顆粒含量；超濾裝置的產水進入反滲透裝置進行脫鹽處理（回收率為64%），反滲透裝置的產水進入回用水池，進入工業循環水系統中，反滲透裝置的濃水經過氰化物去除裝置后送往高爐進行沖渣。中水系統工藝流程圖見圖1。

圖1 中水系統工藝流程圖

該中水回用系統包括預處理部分（多介質過濾器、臭氧催化氧化裝置）、中水處理部分（超濾裝置、反滲透裝置）、后處理部分（濃水除氰裝置）。其各環節設計進出水水質標準見表1。

表1 各環節設計進出水指標

從表1可以看出，中水回用系統各個工序之間是環環相扣的，每一道工序都是為下一道工序提供服務的，而只有在所有工序都正常運行時，才能保證整個中水系統穩定運行，使反滲透回收率和產水水質達標。而如何保證中水回用系統各個工序都能穩定運行，技術人員在深入了解各工序的工作原理及每個工序異常問題的產生原因和解決措施后，總結了一套行之有效的運行方案，在方案中對中水回用系統應注意的問題進行了列舉和剖析，具體如下。

1 嚴格控制后混出水水質，尤其是濁度指標

該廠后混出水水質設計指標為COD<80 mg/L，氨氮<10 mg/L，濁度<10 NTU，在運行過程中，技術人員發現只要控制好生化系統出水指標，后混出水COD和氨氮指標在及時調整復配活性炭凈水劑和聚合硫酸鐵混凝劑的加藥比例后可以穩定達到設計出水要求。但濁度的控制卻不那么容易，后混出水經常會出現濁度超標的情況，進而導致中水回用系統停運。并且一旦后混出水濁度超標，往往需要調節和置換十多個小時才能再次恢復中水回用系統的運行。為解決這個問題，技術人員在多次研究實驗后發現，后混藥劑反應過程中pH值的控制對出水濁度影響很大，最佳的pH值控制范圍是6～6.5，一旦超過7就會出現后混出水濁度升高甚至超標的情況。現場操作人員對pH值的檢測采用的是pH試紙，不能實現精確調節，同時由于北方冬季氣溫低，液堿容易結晶，造成液堿管道堵塞，進而影響對pH值的調節。針對上述兩個問題，技術人員采取了以下兩項措施：（1）在后混反應池末端安裝在線pH計，并將pH值遠傳至操作室，設置報警區間，這樣就能使操作人員第一時間發現pH值異常并進行調節。（2）將后混液堿加藥罐移至后混反應池旁，并對罐體進行伴熱處理，控制堿罐溫度處于40～50度之間，同時對液堿計量泵出口管道進行保溫，避免液堿結晶情況的發生。上述兩項措施保證了后混出水濁度控制在設計范圍內，為中水回用系統的進水提供了保障。

2 盡量減少藥劑投加量，學會減量法運算

中水回用系統中反滲透工序的主要作用是脫鹽，而在反滲透之前的各道工序中投加的藥劑最終都以離子狀態進入反滲透工序中，因此前部各道工序在保證出水要求的前提下藥劑投加量越少，反滲透膜的負荷就會越小，膜的污堵幾率就會越低，使用壽命就會越長，因此工作人員需要學會藥劑投加的減量法運算。而后混工序是藥劑投加量最大的地方，自然就是藥劑減量法控制的重點部位。該廠后混凝投加的藥劑種類包括復配活性炭凈水劑、聚合硫酸鐵、液堿、陰離子聚丙烯酰胺，其中以凈水劑和聚合硫酸鐵的投加量最大，而操作人員在實踐中發現沉淀后的后混凝泥漿具有助凝的功效，對此，技術人員采取了以下措施：（1）將后混凝沉淀池的泥漿后混進水量的5%回流至凈水劑投加部位，以增強后混反應池的污泥絮凝效果（見圖2）。（2）通過控制后混出水pH值在6～6.5之間，降低后混液堿投加量，同時由于進中水回用系統的廢水pH值降低，進而可以降低反滲透膜運行過程中鹽酸的投加量。通過上述兩項措施，該廠每天可少投加0.4噸凈水劑、0.8噸聚合硫酸鐵、0.6噸鹽酸，每年可節約上百萬元的藥劑費用，并使反滲透膜的污堵幾率大大降低（見圖2）。

圖2 改進后的后混凝工藝

3 臭氧工序需要關注的問題

臭氧是氧氣（O2）的同素異形體。被譽為“綠色化學品”，屬強氧化劑，它具有殺菌、脫色、氧化、除臭四大功能及無殘留、無二次污染等優點，是環保型綠色工業原料之一[2]。本鋼北營焦化廠臭氧工序的臭氧發生器以氧氣為進氣源，每小時臭氧發生量為20千克。由于臭氧本身的化學性質，使得臭氧工序所有設備、設施在設計施工等方面的安全系數非常高，運行過程中只要控制好氣源露點溫度、進氣壓力、電源溫度等參數，就可以根據出水水質要求調整功率及進氣量。但臭氧工序在運行中有兩個問題值得注意：一是臭氧尾氣破壞器排出的廢氣中仍含有部分臭氧，給周圍環境及操作人員健康帶來不利影響；二是北方冬季氣溫很低，臭氧高效催化氧化裝置的反洗、氣洗管路會出現凍裂情況，進而影響臭氧系統的穩定運行。針對這兩點，技術人采取了以下兩項措施：（1）將臭氧高效催化氧化裝置的尾氣用管道連接至除油池，通過一種簡易的混合裝置使其與原水進行混合反應，進而去除部分有機物，提高廢水的可生化性，實現臭氧尾氣的再利用。（2）將臭氧高效催化氧化裝置的氣洗、水洗管路全部用電伴熱帶纏繞，并在電伴熱帶外面做保溫，冬季對管道進行通電加熱，防止出現管道凍裂情況。上述措施既保證了臭氧高效催化氧化裝置在冬季實現穩定運行，還提高了進入除油池原水的可生化性。

4 超濾工序需要關注的問題

超濾是一種壓力驅動的膜分離過程，主要通過篩除機理去除水中雜質，超濾適用于分離大分子物質、膠體、蛋白質，所分離溶質的分子量下限為幾千，過濾精度在0.002～0.1微米，可有效去除水中的懸浮物、膠體、有機物等雜質[3]。本鋼北營焦化廠采用兩套旭化成浸沒式超濾膜膜組，單套產水量為122立/時。為了避免超濾工序運行中頻繁出現的污堵問題和洗膜問題，技術人員在要求操作人員做好常規工作的同時，還重點采取了以下幾項措施：（1）對超濾產水池進行加蓋處理，防止灰塵落入產水池，進而影響超濾反洗效果和反滲透進水水質。（2）在超濾反洗管道上安裝5微米濾芯的保安過濾器，以保證反洗水的水質。（3）每運行3個月對超濾產水池進行一次徹底的放空處理，清理干凈池底的沉淀物。（4）經常檢測進水、產水濁度，根據濁度的差值變化來判斷膜絲有無斷裂、端蓋是否漏氣，如果有上述情況出現，則立即對存在問題的膜件進行檢修，以保證產水水質符合標準。

5 反滲透工序需要關注的問題

超濾產水通過反滲透輸水泵提升進入5 um安全過濾器，再由高壓泵提供一定的壓力和流量進入反滲透膜，反滲透膜進水加入阻垢劑以及還原劑等化學藥劑，以保證反滲透系統的穩定運行。反滲透膜（RO）是一種新型、成熟的脫鹽工藝，標準反滲透膜對水中的溶解性離子可以達到99%以上的截留率，對多價離子、有機物、硬度離子等的截留則更為徹底[4]。本鋼北營焦化廠中水回用系統抗污染反滲透膜采用一級兩段處理工藝，設計回收率為64%。為了保證反滲透膜組的正常運行，在生產過程中應重點關注以下幾方面的問題：（1）反滲透膜組的保安過濾器以及化洗泵前的精密過濾器的濾芯要及時更換，尤其是化洗泵前的精密過濾器在每次洗膜前都要進行更換，以防止污堵的微生物滋生。（2）反滲透膜組的在線儀表參數包括pH值、ORP、電導率、濁度等，要按規定定期進行校正和更換，以免出現反饋參數失真，影響對膜組加藥系統的調節，進而導致膜組污堵的情況發生。（3）超濾膜在用次氯酸鈉進行清洗后，一定要將膜池的廢水置換干凈，以避免產水中的殘余次氯酸根對反滲透膜產生不可逆的氧化降解作用。（4）定期對還原劑溶藥桶以及阻垢劑、非氧化性殺菌劑管路進行清洗，連接處進行緊固，以保證管路無泄漏、藥劑無雜質。上述運行方案的實施使得該單位焦化廢水處理中水系統實現了穩定高效運行，表2為方案實施后中水系統各關鍵部位的出水指標統計情況。

6 結語

中水回用系統各工序之間聯系緊密，是一個有機整體，相對于生化系統有一定的抗沖擊能力和調節彈性，中水系統對進水的各項指標要求更為嚴格。本鋼北營焦化廠通過對中水回用系統各工序需注意的關鍵問題采取有針對性的解決措施，實現了中水回用系統長期穩定運行，今后如何做好系統在異常情況下的應急處理將是該廠技術人員研究的重點。