冲击流超滤装置及其运行方法、焦化废水处理系统及方法

摘要

本发明涉及一种冲击流超滤装置，包括超滤膜单元，超滤膜单元的进水侧连接有超滤进水管，超滤膜单元的产水侧连接有超滤产水管，超滤膜单元的浓水出口连接有循环管并于循环管上设有循环泵，循环管的另一端连接至超滤进水管上。另外还涉及该超滤装置的运行方法、采用该冲击流超滤装置的焦化废水处理系统及方法。本发明在超滤膜单元的浓水出口连接循环管并且循环管的另一端连接至超滤进水管上，可以通过循环管抽取一部分浓水至超滤进水管以形成浓水循环，可以不断地冲刷超滤膜表面，能够缓解超滤膜的污堵，显著地提高超滤装置的使用寿命，降低超滤装置的运行成本。超滤浓水直接循环至超滤进水，废水排放量减少，提高了水的回收率。

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种冲击流超滤装置及其运行方法、采用该冲击流超滤装置的焦化废水处理系统及方法。

背景技术

焦化废水是在煤高温干馏、煤制焦炭、煤气净化、化工产品精制与回收过程中产生的高浓度、难降解、有毒的工业废水，在我国工业废水排放总量中约占2％，废水产生量较大。焦化废水成分复杂，含有酚类、多环芳香族化合物及氮、氧、硫的杂环化合物等污染物，是一种典型的含难降解有机化合物、高浓度、高污染、有毒、较难处理的工业废水，其含有大量危害人体和污染环境的有机和无机有害物质。

常规焦化废水处理过程基本遵循预处理+生化处理+深度处理的三段式处理工艺。其中深度处理段多采用混凝沉淀池+多介质过滤器+自清洗过滤器+超滤+反渗透工艺。该工艺中，混凝沉淀池添加粉末活性炭，利用活性炭颗粒自身吸附量大的特点，去除废水中的氨氮、氰化物及环境危害大的持久性有机物；多介质过滤器内装填石英砂及无烟煤双层滤料，由于过滤精度有限，前段工艺中未沉淀的粉末活性炭颗粒易穿透多介质过滤器，过滤器产水浊度基本与进水浊度相当；过滤器产水浊度高，粉末活性炭进入后续中空纤维超滤膜系统，造成超滤污堵，产水量下降。目前，一般通过缩短超滤制水周期、提高超滤水反洗强度及气反洗强度、必要时辅助进行化学清洗等手段来恢复超滤膜性能，超滤系统整体回收率低，很难达到90％以上。

发明内容

本发明涉及一种冲击流超滤装置及其运行方法、采用该冲击流超滤装置的焦化废水处理系统及方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明涉及一种冲击流超滤装置，包括超滤膜单元，所述超滤膜单元的进水侧连接有超滤进水管，所述超滤膜单元的产水侧连接有超滤产水管，所述超滤膜单元的浓水出口连接有循环管并于所述循环管上设有循环泵，所述循环管的另一端连接至所述超滤进水管上。

作为实施方式之一，所述超滤进水管上还连接有冲击进气管，所述冲击进气管连接有冲击气源。

作为实施方式之一，所述冲击流超滤装置还包括化学清洗机构，所述化学清洗机构包括清洗箱，所述清洗箱上设有清洗剂供管、第一清洗回流支管和第二清洗回流支管，所述清洗剂供管连接至所述超滤进水管上，所述第一清洗回流支管连接至所述循环管上，所述第二清洗回流支管连接至所述超滤产水管上。

作为实施方式之一，所述循环管上还布置有压力检测单元和流量计，所述压力检测单元和所述流量计均布置在所述循环泵的出口侧。

作为实施方式之一，所述循环泵采用变频泵。

本发明还涉及如上所述的冲击流超滤装置的运行方法，包括：

所述冲击流超滤装置正常运行时，通过所述循环管抽取一部分浓水至超滤进水管，通过形成浓水循环不断地冲刷超滤膜表面，以缓解超滤膜的污堵。

作为实施方式之一，所述冲击流超滤装置正常运行时，所述超滤进水管内脉冲式充入冲击气，以便在超滤膜单元的进水侧形成冲击水流，提高对超滤膜表面的冲刷效果。

作为实施方式之一，每隔6～15min向所述超滤进水管内充入冲击气，每次进气时间为5～10s，进气压力在0.1～0.15MPa范围内。

本发明还涉及一种焦化废水处理系统，包括依次串接的前处理机构、生化处理装置、后处理机构和膜处理机构，所述膜处理机构包括依次串接的超滤装置和反渗透装置，所述超滤装置采用上述的冲击流超滤装置。

本发明还涉及一种焦化废水处理方法，包括：

焦化废水依次经前处理机构、生化处理装置、后处理机构、超滤装置和反渗透装置处理后，达标排放，

其中，所述超滤装置采用上述的冲击流超滤装置。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明在超滤膜单元的浓水出口连接循环管并且循环管的另一端连接至超滤进水管上，可以通过循环管抽取一部分浓水至超滤进水管以形成浓水循环，可以不断地冲刷超滤膜表面，能够缓解超滤膜的污堵，显著地提高超滤装置的使用寿命，降低超滤装置的运行成本。超滤浓水直接循环至超滤进水，废水排放量减少，提高了水的回收率。

本发明进一步具有如下有益效果：

基于本发明提供的超滤装置，可以替代多介质过滤器+中空纤维超滤膜系统，减少设备，占地面积也减小20％～30％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的冲击流超滤装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的焦化废水处理系统的组成示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1，本发明实施例提供一种冲击流超滤装置，包括超滤膜单元101，所述超滤膜单元101的进水侧连接有超滤进水管102，所述超滤膜单元101的产水侧连接有超滤产水管103，所述超滤膜单元101的浓水出口连接有循环管104并于所述循环管104上设有循环泵1041，所述循环管104的另一端连接至所述超滤进水管102上。

可选地，超滤进水管102上设有超滤提升泵。

其中，超滤膜单元101的浓水出口上还连接有浓水出口管，主要用于排空浓水。在其中一个实施例中，上述循环管104旁接在该浓水出口管上，在浓水出口管及循环管104上分别设置控制阀，可以控制浓水去向。

在其中一个实施例中，所述循环管104上还布置有压力检测单元和流量计，所述压力检测单元和所述流量计均布置在所述循环泵1041的出口侧，通过实时检测浓水循环流量，便于控制循环泵1041的工作，使浓水循环流量控制在设定范围内，保证超滤装置的正常、安全运行。压力检测单元包括但不限于采用压力变送器。相应地，所述循环泵1041采用变频泵，可以灵活控制浓水循环流量。

在其中一个实施例中，超滤进水管102及超滤产水管103也设有压力变送器。

进一步优选地，如图1，所述超滤进水管102上还连接有冲击进气管105，所述冲击进气管105连接有冲击气源1051；其中，冲击气源1051可采用压缩空气；上述冲击气源1051优选为能够实现脉冲供气，例如采用脉冲风机。

进一步地，上述冲击进气管105上设有调压阀，可以控制进气压力，保证超滤装置的正常、安全运行。

在其中一个实施例中，如图1，所述冲击流超滤装置还包括化学清洗机构，可以对超滤膜单元101进行化学清洗，延长超滤膜的应用效果及使用寿命；优选地，所述化学清洗机构包括清洗箱106，所述清洗箱106上设有清洗剂供管1061、第一清洗回流支管1062和第二清洗回流支管1063，所述清洗剂供管1061连接至所述超滤进水管102上，所述第一清洗回流支管1062连接至所述循环管104上，所述第二清洗回流支管1063连接至所述超滤产水管103上。

在其中一个实施例中，超滤进水管102上设有在线浊度仪及温度变送器，可以达到控制超滤进水浊度及进水温度的效果，例如，控制超滤进水浊度5～50NTU，进水温度15～30℃。

在其中一个实施例中，超滤产水管103上设有在线浊度仪及流量计，可以达到控制产生浊度的效果，例如控制产水浊度≤1NTU。

本发明实施例还提供上述冲击流超滤装置的运行方法，包括：

所述冲击流超滤装置正常运行时，通过所述循环管104抽取一部分浓水至超滤进水管102，通过形成浓水循环不断地冲刷超滤膜表面，以缓解超滤膜的污堵。

进一步地，在产水进水管上设置在线浊度仪及温度变送器，控制超滤进水浊度5～50NTU，进水温度15～30℃。

进一步地，在超滤进水管102、超滤产水管103、循环管104上设置压力变送器，控制超滤膜单元101的进水与产水压差≤0.1MPa。

在其中一个实施例中，基于变频泵式的循环泵1041，调节循环泵1041的频率使其出口压力大于超滤进水压力，压力差值优选为在0.05MPa以内，在冲刷超滤膜表面的同时，避免对超滤膜造成损伤。

进一步地，控制超滤膜单元101的浓水浓缩倍率在3～4之间，同时控制超滤进水口处的进水浊度5～50NTU。当超滤进水口处的进水浊度超过50NTU时，开启浓水出口管上的排污阀，排放浓水。

在其中一个实施例中，所述冲击流超滤装置正常运行时，所述超滤进水管102内脉冲式充入冲击气，以便在超滤膜单元101的进水侧形成冲击水流，提高对超滤膜表面的冲刷效果。其中，优选地，每隔6～15min向所述超滤进水管102内充入冲击气，每次进气时间为5～10s，进气压力在0.1～0.15MPa范围内。

进一步地，当超滤进水与产水压差＞0.1MPa时，停运超滤装置，并对其进行清洗。其中，根据污染物类型配置不同的清洗药剂：

在其中一个实施例中，当清洗碳酸钙、铁盐等难溶性无机盐垢时，配制pH值为2～3的酸性清洗液(包括盐酸和/或柠檬酸溶液)，采用循环清洗方式，或者浸泡0.5～8h后再水循环清洗；

在其中一个实施例中，当清洗有机物、胶体等污染物时，配制pH＝11～12的NaOH溶液，采用循环清洗方式，或者浸泡0.5～8h后再水循环清洗；

在其中一个实施例中，当清洗细菌、病毒等，配制200～500mg/L的次氯酸钠溶液。

优选地，清洗作业时，通过加热器控制清洗液温度为30～35℃，可以达到良好的清洗效果。

优选地，化学清洗完毕后，用超滤产水对系统管路进行冲洗。

实施例二

本发明实施例提供一种焦化废水处理系统，包括依次串接的前处理机构、生化处理装置、后处理机构和膜处理机构，所述膜处理机构包括依次串接的超滤装置和反渗透装置，所述超滤装置采用上述实施例一所提供的冲击流超滤装置。

实施例三

本发明实施例提供一种焦化废水处理方法，包括：

焦化废水依次经前处理机构、生化处理装置、后处理机构、超滤装置和反渗透装置处理后，达标排放，

其中，所述超滤装置采用上述实施例一所提供的冲击流超滤装置。

实施例四

本发明实施例提供一种焦化废水处理方法，可作为上述实施例三所提供的焦化废水处理方法的优化。

如图2，该焦化废水处理方法包括：

对焦化废水进行前处理和生化处理；

生化出水进入pH粗调池1，向pH粗调池1中加入pH粗调剂，将水体pH值粗调至6.5～7.5，得到第一废水；

对所述第一废水进行混凝处理，投加的混凝剂包括聚合氯化铝，并且向混凝反应池4中加入pH精调剂，将水体pH精调至6.5～7.0；经混凝处理后，得到第二废水；

第二废水依次经絮凝沉淀处理和膜处理后，达标排放。

其中，焦化废水的前处理及生化处理均为本领域常规技术，此处不作赘述。

上述pH粗调池1除用于调节生化出水的pH值外，还能起到缓冲作用，达到调节前后工序生产步调的作用。根据生化出水的性质(生化出水的pH值一般在6～8.5之间波动)，pH粗调剂可以选用酸性粗调剂或碱性粗调剂，酸性粗调剂包括但不限于采用硫酸，碱性粗调剂包括但不限于采用氢氧化钠(可以为氢氧化钠溶液)。优选地，在pH粗调池1内设置连续搅拌机和pH监测仪，可以达到快速、准确调pH值的效果；在其中一个实施例中，生化出水在pH粗调池1中的停留时间为0.1～0.3h，连续搅拌机的转速在100～200rpm范围内。

进一步可选地，第一废水先经活性炭接触池2处理后再进行混凝处理，在该活性炭接触池2中投加粉末活性炭，通过使粉末活性炭与第一废水充分混合，可以较好地吸附第一废水中的有机物等污染物。其中，优选地，在活性炭接触池2内设置连续轴流式搅拌机，该轴流式搅拌机的外部套设导流筒，通过轴流式搅拌机的抽吸作用，将活性炭接触池2内的混合液由下而上、由内而外地形成环流，以达到大水量返混的目的，使密度较轻的粉末活性炭不会漂浮于水面上，而与污水达到完全而快速的混合，能有效地提高处理效果。在其中一个实施例中，废水在活性炭接触池2中的停留时间为0.5～1.5h，轴流式搅拌机的转速在100～200rpm范围内，粉末活性炭的投加量为400～600mg/L。

作为优选方案，对所述第一废水进行混凝处理包括：

进入混凝反应池4的第一废水中携带有三价铁盐，通过三价铁盐与聚合氯化铝的复合联用，实现对第一废水的混凝处理。在三价铁盐与铝盐共存体系中，三价铁的水解速度要大于铝盐，这样就促进了铝盐的絮凝和沉淀，一方面提高了对污染物质的去除率，另一方面，可以大大降低混凝上清液中残留铁盐和铝盐的浓度，减少后续反渗透膜污堵的情况。

在其中一个实施例中，在进入混凝反应池4之前，向所述第一废水中加入硫酸亚铁和双氧水，使所述第一废水、硫酸亚铁和双氧水混合反应，在所述第一废水中新生形成三价铁盐。新生形成的三价铁比预生成的三价铁水解缓慢，能获得更好的絮凝效果。

进一步地，基于负压微气泡氧化激发器3实现三价铁盐的生成，该负压微气泡氧化激发器3具有水流入口、水流出口、第一药剂吸入口、第二药剂吸入口、空气吸入口、负压腔和激发腔体，水流入口、第一药剂吸入口、第二药剂吸入口、空气吸入口均与负压腔连通，水流出口与激发腔体连通；其中，所述第一废水经射流水泵加压送至所述负压微气泡氧化激发器3的水流入口，硫酸亚铁供给管接入所述负压微气泡氧化激发器3的第一药剂吸入口，双氧水供给管接入所述负压微气泡氧化激发器3的第二药剂吸入口，空气管道接入所述负压微气泡氧化激发器3的空气吸入口。基于上述方案，硫酸亚铁、双氧水和空气在负压微气泡氧化激发器3的负压腔内急速混合，其中空气在负压腔内形成大量微小气泡，微小气泡在负压微气泡氧化激发器3的激发腔体的正压下瞬时破裂，在无数个微小气泡闭合区域产生强烈的撞击，产生大量羟基自由基，能够激发硫酸亚铁、双氧水、空气和废水的充分混合，提高废水的氧化还原电位，瞬时新生出大量三价铁。在上述过程中，整个三价铁产生时间约为1分钟，无衰减，因此无需投加三价铁稳定剂；另外，激发腔内产生大量的羟基自由基，具有对有机物、氨氮等污染物质去除的协同效应，提高对废水的处理效果。上述负压微气泡氧化激发器3的水流出口与混凝反应池4连接，携带三价铁盐的第一废水即进入混凝反应池4进行混凝反应。

在混凝反应池4中完成pH精调操作，可以相应地缩短处理流程。在其中一个实施例中，混凝反应池4配置有混合环，该混合环具有废水入口、pH精调剂入口和出水口，第一废水即经由该混合环的废水入口进入，pH精调剂入口用于加入pH精调剂，二者可以在混合环内充分混合，再经由混合环的出水口进入混凝反应池4内，pH调节效果较好。其中，在混凝反应池4内设置连续搅拌机和pH监测仪，可以达到快速、准确调pH值的效果；在其中一个实施例中，废水在混凝反应池4中的停留时间为0.1～0.2h，连续搅拌机的转速在60～100rpm范围内；聚合氯化铝的投加量为210～350mg/L。混合环优选为布置在混凝反应池4的中部，与池内搅拌机的叶轮位于同一高度；在其中一个实施例中，该混合环的直径为搅拌机叶轮直径的1.5～2倍。可以在混合环的周向上开设多个出水口，出水口优选为朝向搅拌机叶轮。

优选地，所述聚合氯化铝的盐基度在50％～80％范围内，进一步优选为控制在65％左右，可以有效地降低混凝上清液中的铝离子含量。

上述絮凝沉淀处理优选为基于絮凝池5和沉淀池6实现，第二废水流入絮凝池5内，同时向絮凝池5内投加絮凝剂，该絮凝剂包括但不限于采用聚丙烯酰胺；进一步优选为在絮凝池5内设置连续提升式搅拌机。絮凝池5内的废水流入至沉淀池6内，便于絮凝物沉淀去除，可以在沉淀池6内设置斜管填料，沉淀池6所得的上清液进行后续的膜处理。在其中一个实施例中，废水在絮凝池5中的停留时间为0.2～0.3小时，连续搅拌机转速为30～60rpm，聚丙烯酰胺投加量为1.0～2.0mg/L；废水在沉淀池6中的停留时间为0.7～1.2小时，沉淀池6上清液的上升流速为4～7m/h。

上述膜处理可采用超滤膜+反渗透膜的处理方式。

本申请中，采用pH两步精准控制技术，准确地控制废水的酸碱度环境，从而准确地控制废水中铝盐的形态，达到最佳的铝盐絮凝效果，能有效地减少反渗透膜前的铝盐絮凝现象，减少反渗透膜污堵的概率和清洗频次，提高系统运行的稳定性、降低运行费用。

本申请的控制原理在于，铝盐随着废水pH值的改变，会呈现不同分子形态，具体如下：

在pH值低于3时，废水中大部分铝离子将发生如下反应：

Al

在pH值高于9时，废水中大部分铝离子将发生如下反应：

Al

以上两个反应所产生的含铝分子均为溶解性物质，无法达到混凝水解的作用，且均溶于水中，而随着废水流向后续膜处理系统，对膜造成污堵，这是膜污堵的重要原因之一。

本申请中，将废水pH值控制在6.5～7.0，则铝废水中大部分铝离子将发生如下反应：

Al

以上反应产生的含铝分子为难溶物，为最佳混凝剂。其中，聚合氯化铝的最佳絮凝pH值为6.5，pH值越接近最佳pH值，则得到的含铝分子难溶物的占比越大，越有利于混凝发生，减少铝离子在出水中的浓度。

由于投加的聚合氯化铝的水解也会降低废水pH值，将第一废水的pH值控制在6.5～7.5、并将混凝反应池4中的废水pH值回调至6.5～7.0，可以达到较好的废水混凝处理效果，最大化地发挥聚合氯化铝的混凝作用，混凝出水的pH值保持在6.5～7.0也利于铝盐的后续絮凝沉淀，从而减少反渗透膜前的铝盐絮凝现象。

在其中一个实施例中，如图2，所述pH粗调剂和/或所述pH精调剂包括经预处理后的冷轧碱性废水。基于该设计，利用冷轧碱性废水进行焦化废水pH调节及铝盐在膜前絮凝的控制，达到以废治废的目的，可以实现两种特种废水的协同处理，不仅便于焦化废水的处置、减少相关药耗，而且省去了冷轧碱性废水的处理线，极大地降低了设备投资和生产运营成本。

优选地，如图2，所述冷轧碱性废水的预处理工艺包括依次进行的气浮除油步骤和过滤处理步骤，其中，气浮除油步骤优选为采用两级气浮除油器10，在其中一个实施例中，气浮除油器10采用加压溶气气浮工艺，回流溶气水的回流比(或溶气水比)为20％～40％；过滤处理步骤优选为采用陶瓷过滤器11，可以去除冷轧碱性废水废水中的胶体和悬浮物进行去除，优选地，陶瓷过滤器11的孔径为0.2～0.3μm，通量在100～200L/(m

在其中一个实施例中，如图2，所述第二废水经絮凝沉淀处理后，先依次流经臭氧催化氧化池7和曝气生物滤池8，再进行膜处理。通过设置臭氧催化氧化池7和曝气生物滤池8，一方面，可以进一步去除因冷轧碱性废水所带入的污染物质，例如COD和油类污染物质等，保证对冷轧碱性废水的可靠处理，另一方面，也能进一步减少焦化废水中的COD等污染物，因此可以有效地减轻后续膜处理的负荷，提高膜组件的使用寿命。

其中，优选地，在臭氧催化氧化池7中设有催化填料，催化剂填充料为60～80％，臭氧投加量为80～130mg/L；废水在臭氧催化氧化池7内的停留时间优选为控制在1.5～2小时。

其中，优选地，曝气生物滤池8的水力负荷为2～5m/h，空床停留时间为50～70min。

进一步优选地，系统运行过程中，采用分级分段水力速度梯度控制技术：在混凝-絮凝-沉淀工序，沿水流方向的各个处理单元内的水力速度梯度逐级递减并精确控制，可以促进絮凝形成的矾花具有最佳的粒径和分形维数，以保证最优的混凝沉淀效果，降低上清液中残留铁盐和铝盐的浓度。

实施例五

本发明实施例提供一种焦化废水处理系统，可作为上述实施例二所提供的焦化废水处理方法的优化。

如图2，该焦化废水处理系统包括前处理机构和生化处理装置，还包括pH粗调池1、混凝反应池4、絮凝沉淀处理机构和膜处理装置9，所述前处理机构、所述生化处理装置、所述pH粗调池1、所述混凝反应池4、所述絮凝沉淀处理机构以及所述膜处理装置9通过废水管道依次串接，其中，

所述pH粗调池1配置有pH粗调剂配加单元；所述前氧化处理装置配置有氧化药剂配加单元；所述混凝反应池4配置有聚合氯化铝配加单元和pH精调剂配加单元。

进一步地，所述pH粗调剂配加单元和/或所述pH精调剂配加单元包括冷轧碱性废水供管，于所述冷轧碱性废水供管上布置有预处理机构。

该焦化废水处理系统的相关组成及结构在上述实施例四中已有述及，此处不作赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。