摘要: 介绍了国产PVDF 复合膜及新型外置浸没式膜组件在焦化废水深度处理中的应用。PVDF 复合膜在确保通量的前提下，避免了物理损伤带来的断丝、出水悬浮物超标等问题。新型膜组件具有占地面积小、自动化程度高等优点，其出水可以直接回用或作为反渗透膜的进水。
关键词: 超滤膜; 焦化废水; 深度处理; 产水水质
焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水。其组成复杂，含有大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物，还含有氰、无机氟离子和氨氮等有毒有害物质，污染物色度高，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。
焦化废水通常采用物化方法进行预处理，再经厌氧、好氧生化处理后进行中水回用或排放。随着新的《炼焦化学工业污染物排放标准》的颁布实施，经上述工艺处理后的焦化废水中，COD 等指标很难达标。膜技术、催化氧化技术及高效工程菌种等技术在焦化废水处理中得到广泛应用。本文介绍了国产超滤膜及新型膜组件在莱钢焦化厂焦化废水处理中的应用实例。
1 国产超滤膜在焦化废水处理中的试验
1． 1 试验装置
2008 年，莱钢焦化厂将2#生化2 座二沉池改造为MBＲ 膜池，每池设置35 组常规浸没式膜组件，采用进口的日本三菱PE 膜。2#生化处理原水30m3 /h，采用新水稀释，产水量40 ～ 60m3 /h，COD 为200 ～350mg /L，SS≤10mg /L。由于PE 膜本身强度不够，加上传统浸没式内置膜在清洗过程中需吊出水面人工操作，导致膜丝物理断裂较多，对出水悬浮物指标影响较大。2012 年开始陆续更换新的膜组件，依然采用三菱PE 膜，同时在膜池放入2 组采用国产带支撑层的PVDF 复合膜组件，进行对比试验。
1． 2 试验条件与试验方法
由于污泥脱水机能力较小，膜池MLSS 维持在9～ 10g /L，膜出水压力控制在－0． 03MPa 以下。选取1 组新更换的PE 膜组件和1 组PVDF 膜组件进行对比，每天记录产水量和负压。
1． 3 试验结果与分析
图1 为国产PVDF 复合膜与日本PE 膜的测试结果。
通过6 个多月的对比测试，在平均操作负压0． 04MPa、其他工况相同的条件下，PVDF 中空纤维超滤膜平均通量达到11． 26L /( m2·h) ，PE 中空纤维超滤膜平均通量为6． 87L /( m2·h) ，前者是后者的1． 64 倍。
运行中，曾2 次将膜组件吊出进行药剂浸泡清洗，发现PE 膜已经出现断丝现象，而PVDF 复合膜未发现任何物理损伤。期间，曾对PE 膜、国产PVDF 均质膜、国产PVDF 复合膜进行抗拉对比，其中PE 膜和PVDF 均质膜抗拉性较差，在实际生产过程中容易断裂，而PVDF 复合膜，人力基本不可能拉断。
2 新型外置浸没式膜组件的应用
2． 1 工程概况
2013 年，莱钢焦化厂在3#生化出水端建成1 套超滤膜装置，用于过滤生化出水中的悬浮物。目前该项目处于调试阶段，各项指标基本达到设计要求。
3#生化的出水量为80m3 /h，共设置4 套超滤膜分离装置，每套膜分离装置的设计产水( 出水) 能力为20m3 /h。每套超滤膜装置内部分为2 个膜组，总共8 个膜组，每个膜组可独立进水、产水、进气( 气洗) 、在线水洗( 反洗+ 正洗) 、在线药洗( 反洗+ 正洗) 。项目占地面积约154m2，只相当于“沉淀+ 混凝气浮+ 多介质过滤+ 外置超滤”传统工艺占地面积的1 /4 ～ 1 /3。
2． 2 工艺流程
由于3#生化本身运行效果较好，且结合2#生化MBＲ 膜运行的经验，3#生化的超滤装置设置在最终出水端，用于过滤生化出水的悬浮物，图2 为改造后的工艺流程图。
超滤系统为3#生化的深度处理单元，3# 生化现有构筑物及设备仍按原工况运行，通过超滤供水泵将现有回用水池内的生化处理出水提升进入超滤装置，在超滤产水泵( 抽吸泵) 提供的负压作用下，超滤膜过滤产水从超滤装置流出，作为回用水被送至回用水点，生化处理出水中的悬浮物和大分子物质则被超滤膜截留形成浓缩液，由超滤回流泵加压送回系统。浓缩液回流点有2 处，一处是混合反应池，另一处是好氧池，既发挥消泡作用，又可以将浓缩液中携带的微生物和污染物送回好氧池继续参与生化反应。
2． 3 超滤装置
超滤装置内部集成中空纤维帘式膜组件，膜组件浸没安装于膜组器箱体内部，产水方式为外压式，过滤方式为错流过滤，原水靠超滤供水泵提供后经进液管进入膜箱底部，压缩空气由膜组器鼓风机提供后经进气管进入膜箱底部，最后经布气装置的布气孔扩散出来，膜箱内部形成气水混合液的上升流动，气水混合液在上升过程中对膜组件进行水力冲刷，以此来抑制膜污染，确保膜组件始终保持良好的过滤性能。在超滤产水泵提供的负压作用下，水和部分小分子物质透过超滤膜，进入产水收集管路，由超滤产水泵经产水管抽出膜箱，污水中的悬浮物和部分大分子物质则被超滤膜截留形成浓缩液，浓缩液靠重力自膜箱上部的出液管流出膜箱，进一步靠重力自流或由超滤回流泵提升后回流至生化处理系统。
为有效抑制和清除膜污染，超滤装置配备专用膜清洗器，包括水洗系统和药洗系统。可对超滤装置实施包括反向水力清洗、正向水力清洗、反向化学清洗和正向化学清洗在内的全部膜清洗操作，而且膜清洗过程均在线完成，无需将膜组件从系统中拆卸下来，有效维持膜过滤的稳定性和系统产水能力的稳定性，减轻系统维护管理的劳动强度，同时最大限度地延长膜组件的使用寿命。表1 为2 种常规膜分离装置与新型膜分离装置的对比。
2． 4 工程运行情况
2． 4． 1 超滤产水水质
投产后，连续对超滤进、出水进行监测，SS 指标满足小于10mg /L 的设计要求，COD 指标相应地下降50mg /L 左右，见图3。
2． 4． 2 运行成本分析
运行成本分析见表2。
3 结论
1) 国产PVDF 复合膜在确保通量的前提下，避免了物理损伤带来的断丝、出水悬浮物超标等问题。同时国产膜具有明显的价格优势，可替代进口膜应用于焦化废水处理。
2) 新型超滤膜组件相比于传统的内置浸没式超滤及外置式超滤分离装置，具有明显优点，用其取代传统的“沉淀+ 混凝气浮+ 多介质过滤+ 外置管式超滤”组合工艺，出水可以直接回用或作为反渗透膜的进水。
本文转自公众号“乾来环保”
原标题：新型膜组件及超滤膜在焦化废水处理中的应用
