陳然 潘鴻舞（浙江歐美環(huán)境工程有限公司 浙江湖州 33000微宏新材料（湖州）有限公司 浙江 湖州 3300）

0 概述

在此介紹一種先進(jìn)的煤制油（CTL）廢水回用工藝。筆者在2011年為荷蘭某公司在山西榆林設(shè)計(jì)了一個(gè)關(guān)于廢水回用的移動(dòng)式示范工廠，采用了生物活性炭(BACF)+超濾(UF)+反滲透(RO)的新工藝[1]，運(yùn)行十分成功，值得分享和推薦。

1 項(xiàng)目背景及系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

本系統(tǒng)是用來(lái)處理幾個(gè)不同地方的CTL廢水，且每處水質(zhì)均不同。水源大致為CTL廢水和小部分市政廢水的勾兌水。系統(tǒng)總廢水處理量為25-30m3/h，經(jīng)過(guò)深度處理后，產(chǎn)出15m3/h高純脫鹽水回用于鍋爐補(bǔ)給水及行業(yè)其它生產(chǎn)。

系統(tǒng)設(shè)有PLC，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。每個(gè)水處理單元的工藝參數(shù)及數(shù)據(jù)均在工控機(jī)上進(jìn)行顯示,并能夠進(jìn)行計(jì)算機(jī)內(nèi)存貯。控制畫(huà)面還可進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)(荷蘭)供審查使用。

為便于運(yùn)輸，整個(gè)示范工廠的核心設(shè)備均布置在三個(gè)40英尺的集裝箱內(nèi)。系統(tǒng)設(shè)備規(guī)模15m3/h，總用電功率151KW。

提供其中兩組廢水?dāng)?shù)據(jù)供參考：

2 系統(tǒng)工藝流程

為增加系統(tǒng)的工藝靈活性，設(shè)置了幾個(gè)切換閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)了很重要的兩種工藝流程，BACF在UF進(jìn)水前為方案1，BACF在RO進(jìn)水前為方案2:

污水池→污水泵→緩沖水箱→增壓泵→多介質(zhì)過(guò)濾器→凈化水箱→UF給水泵→自清洗過(guò)濾器→[換熱器]→（方案1：BACF→10μm保安過(guò)濾器）→UF裝置→UF產(chǎn)水箱→BACF給水泵→（方案2：BACF→10μm保安過(guò)濾器）→5μm保安過(guò)濾器→一級(jí)高壓泵→一級(jí)RO→二級(jí)高壓泵→二級(jí)RO→去純水外供系統(tǒng)

3 系統(tǒng)考核指標(biāo)

1）UF回收率≥90%。出水SDI15≤3；濁度<1NTU。

2）BACF出水DO≤2-5mg/l。

3）RO回收率：一級(jí)反滲透≥65-85%；二級(jí)反滲透≥90%。

4 系統(tǒng)工藝說(shuō)明

工藝流程分為由多介質(zhì)、生物活性炭、超濾等組成的預(yù)處理系統(tǒng)和反滲透脫鹽系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。各部分功能簡(jiǎn)述如下。

4.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理主要目的是去除水中的懸浮物、膠體、色度、濁度、有機(jī)物等妨礙后續(xù)反滲透運(yùn)行的雜質(zhì)。

1）多介質(zhì)過(guò)濾器利用石英砂、無(wú)煙煤兩種濾料去除原水中的懸浮物(借助于投加的絮凝劑等,形成微絮凝體并進(jìn)行過(guò)濾)，屬于普通過(guò)濾設(shè)備。應(yīng)用于該回用系統(tǒng)的目的是防止過(guò)多的懸浮物、膠體顆粒等進(jìn)入后續(xù)設(shè)備，從而減輕后續(xù)處理設(shè)備的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

2）自清洗過(guò)濾器主要去除水中粒徑較大的懸浮物和膠體，保護(hù)超濾正常運(yùn)行。

3）超濾為預(yù)處理系統(tǒng)的核心設(shè)備。超濾膜分離技術(shù)具有占地面積小、出水水質(zhì)好、自動(dòng)化程高等特點(diǎn)。作為關(guān)鍵預(yù)處理設(shè)備，能長(zhǎng)期保證產(chǎn)水水質(zhì)。

4）由于中國(guó)西北地區(qū)氣溫比較低,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中預(yù)留熱交換設(shè)備位置，根據(jù)廢水的實(shí)際情況決定是否給原水升溫,提高后續(xù)膜處理的能力。

5）生物活性炭過(guò)濾器是利用活性炭物理化學(xué)吸附和生物降解技術(shù)相結(jié)合的新工藝[2]。在此系統(tǒng)中主要是降解水中的有機(jī)物，給膜法系統(tǒng)提供一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境。

BACF以活性炭作為生物膜的載體，利用其巨大的比表面積，大量吸附水中的有機(jī)污染物，在有氧的條件下，部分氧化分解，轉(zhuǎn)變成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)生物膜代謝，從而使水得到凈化[2]。此處引用一種更加安全、經(jīng)濟(jì)和可靠的新式增氧法，由工業(yè)氧氣瓶替代傳統(tǒng)的臭氧發(fā)生器進(jìn)行投加的新工藝。氧氣瓶?jī)?nèi)的液氧經(jīng)過(guò)調(diào)壓后變?yōu)檠鯕庾孕凶⑸渲粱钚蕴康倪M(jìn)水中，使其進(jìn)水中含有適量濃度的溶解氧，為好氧微生物提供很好的有氧環(huán)境，而且活性炭表面吸附的有機(jī)物又為好氧微生物提供了養(yǎng)料，有機(jī)物因被轉(zhuǎn)化為二氧化碳和生物量而被去除，從而大大減輕了后續(xù)設(shè)備的處理負(fù)荷。

根據(jù)CTL廢水的特點(diǎn)，預(yù)處理的原水中還可能含有較高的銨濃度，若過(guò)濾器處在厭氧條件下，因生物量將被沖刷掉而直接流到安裝在下游的膜系統(tǒng)中引起潛在的生物污堵風(fēng)險(xiǎn)。為了較易去除早期降解的有機(jī)物和限制基質(zhì)的生長(zhǎng)，在BACF上游水中注入足夠的氧氣，以防止生物量處在厭氧條件下。

因有機(jī)物對(duì)超濾和反滲透膜的污染影響較大[2]，尤其是反滲透，會(huì)造成較大的運(yùn)行和清洗費(fèi)用，故本系統(tǒng)根據(jù)不同的水源進(jìn)行方案比較和篩選,試驗(yàn)BACF的運(yùn)行效果對(duì)膜系統(tǒng)的具體影響[3]：優(yōu)選方案1，因COD去除率高，運(yùn)行費(fèi)用較低，只要BACF運(yùn)行能夠穩(wěn)定即可；如果因原水中COD太高造成BACF“營(yíng)養(yǎng)過(guò)?！倍\(yùn)行不穩(wěn)定，則改選方案2，把BACF移至UF后，依靠超濾將大分子有機(jī)物進(jìn)行截留去除，對(duì)透過(guò)的小分子有機(jī)物再經(jīng)由BACF進(jìn)一步降解，給后續(xù)RO提供符合要求的進(jìn)水[3]。

4.2 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)承擔(dān)了主要的脫鹽任務(wù)。脫除水中的離子以達(dá)到用戶要求的工業(yè)軟化水。反滲透系統(tǒng)包括保安過(guò)濾器、增壓泵、一級(jí)高壓泵、一級(jí)反滲透裝置、二級(jí)高壓泵、二級(jí)反滲透裝置。

5 控制說(shuō)明

本控制系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器(PLC)完成電氣和儀表部分的自動(dòng)控制，同時(shí)可顯示工藝過(guò)程中的主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)以及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

對(duì)于傳統(tǒng)濾器和膜法系統(tǒng)的控制不再累述，此處只對(duì)新工藝BACF的自動(dòng)控制稍作描述。BACF的控制是通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)/關(guān)、泵的啟/停止來(lái)實(shí)現(xiàn)其操作過(guò)程。反洗的周期主要是根據(jù)運(yùn)行時(shí)間來(lái)設(shè)定的，也可以根據(jù)ACF兩側(cè)的壓力差進(jìn)行設(shè)定。BACF在系統(tǒng)流程中的兩種方案，具體根據(jù)項(xiàng)目需要進(jìn)行人工干預(yù)。

BACF的詳細(xì)配置：過(guò)濾器D2000；GAC高度1000[4]。BACF的反沖洗使用空氣和水沖洗。進(jìn)行氣、水強(qiáng)度控制，避免濾料沖出濾器，同時(shí)保證反洗效果；結(jié)束時(shí)確保濾料好的分層。

BACF的運(yùn)行控制指標(biāo)為產(chǎn)水的溶解氧（DO）含量。氧氣投加調(diào)節(jié)閥與BACF產(chǎn)水的DO進(jìn)行調(diào)節(jié)，使DO控制在2-5mg/l[4]：

在BACF出口放置一個(gè)在線的濾芯過(guò)濾器，防止BACF的濾液中含有的小顆粒/炭粉末等雜質(zhì)造成后續(xù)膜的損害[5]，以確保后系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

6 總結(jié)

系統(tǒng)運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，整體性能較穩(wěn)定，尤其是調(diào)整氧氣投加濃度后，筆者發(fā)現(xiàn)BACF在合適的氧氣濃度下運(yùn)行，給后續(xù)雙膜系統(tǒng)帶來(lái)較穩(wěn)定的運(yùn)行條件。最顯著的特征：本雙膜系統(tǒng)的化學(xué)清洗周期穩(wěn)定在幾個(gè)月以上。這在復(fù)雜難處理的CTL廢水回用處理中十分罕見(jiàn)；而利用工業(yè)氧氣瓶代替臭氧輔助BACF來(lái)運(yùn)行的情況又十分安全，運(yùn)行費(fèi)用也低。故用在回用煤制油廢水中的先進(jìn)BACF+UF+RO新工藝值得推薦。

[1]雷樂(lè)成[M]《污水回用新技術(shù)及工程設(shè)計(jì)》化學(xué)工業(yè)出版社2002

[2]李軍[M]《微生物與水處理工程》化學(xué)工業(yè)出版社2010

[3]李光哲[M]《活性炭-納濾在水污染水源水處理中的原理與應(yīng)用》科學(xué)出版社2011

[4] Dr.ir.S.G.J.Hejman [D]《Tu Delft-Activated carbon filtration & Granular Activated Carbon》Netherlands, Delf University of Technology,2010

[5]程方等[G]《水處理與膜分離技術(shù)問(wèn)答》化學(xué)工業(yè)出版社2012作者簡(jiǎn)介：陳然（1972-），女，浙江省湖州市人，工程師，工學(xué)學(xué)士，從事國(guó)內(nèi)外水處理大項(xiàng)目的工藝設(shè)計(jì)。研究方向：膜法水處理研究，水處理工程新工藝開(kāi)發(fā)。