膜分离技术处理含酚废水

中国石化集团兰州设计院
雷霆

　　由于酚类物质对生物活体均能产生毒害，它可通过皮肤及粘膜的接触而吸入或经口腔侵入体内，与细胞原浆中蛋白质接触后，形成不溶性蛋白质，使细胞失活。一般低浓度酚可使蛋白质变性，高浓度酚则使蛋白质凝固，并继续向体内渗透，引起组织损伤、坏死乃至使生物体中毒。而含酚废水排放到自然环境中又很难通过自然降解过程净化，一直成为化工生产过程中形成的、较难治理的污染物流。因此，如何合理而有效的处理含酚废水是环境保护及综合利用的重要研究课题。

1　传统的处理方法

　　通常可以概括为两类：萃取法和吸附法。近年来，随着技术进步和发展，有一些新的处理含酚废水的方法在开发和使用。例如，化学药剂法、紫外线氧化法、生物处理法等。
　　1.1　萃取法
　　萃取是利用不同溶剂对苯酚的不同溶解度、共沸点或液体比重，通过向含酚废水中添加具有选择能力的萃取剂，萃取出酚类，再通过蒸馏和沉降分离回收酚类，减少向环境的排放。此法的优点是过程简单，萃取剂可重复使用，适合于酚含量较高的废水；缺点是能耗大，操作费用高，脱酚效果差，容易产生第三组分所带来的二次污染。
　　1.2　吸附法
　　其原理是利用含酚废水通过固体吸附剂时酚类被吸附，以减少出水中的酚含量。解吸后的吸附剂可以再生利用。此法的优点是操作方便，能耗低，适合于酚含量较低的废水；缺点是设备投资大，吸附剂效率低，同样容易产生第三组分所带来的二次污染。
　　1.3　化学药剂法
　　此法是向含酚废水中添加化学氧化剂，使酚氧化分解，适合于酚含量较低的废水。此法没有二次污染，工艺简单。但条件控制较严，氧化剂无法重复使用且价格昂贵，操作费用高。
　　1.4　紫外线氧化法
　　此法是含酚废水通过装有紫外灯的反应器，通过向反应器中通臭氧或添加双氧水，达到去除酚类的目的。此法的优点是脱酚效率高。缺点是对高COD值的含酚废水处理效果差。
　　1.5　生物处理法
　　此法是向含酚废水中添加活性组分，通过生物降解完成含酚废水的净化。此法的优点是处理效率高，设备简单。缺点是占地面积大，且只适用于低COD值的含酚废水处理。以上这些方法虽各有优缺点，但从综合治理含酚废水的角度出发，都难以达到稳定、可靠和安全的要求。

2　膜分离技术

　　近年来，国内外越来越广泛地应用膜分离技术处理含酚废水，达到了很好的效果，与传统的处理方法比较其优势非常明显。但对高COD值且成分复杂的含酚废水，一直未找到一个很好的处理方法。
　　2.1　新技术
　　1997年，美国STEEDAENTERPRISES公司开发出一种新型膜分离过滤设备——V+SEP。此设备采用一种新的膜振动剪力增强处理技术，该技术的主要特点如下：
　　2.1.1　高滤速
　　流体经过膜的平均流速是一般过滤工艺过滤流速的十多倍，且对膜产生的损耗非常小。
　　2.1.2　不结垢
　　由于采用振动剪力增强处理技术，使膜的表面产生巨大的振动剪力，阻止了滤速降低，从而使膜表面保持干净。
　　2.1.3　高浓缩率
　　膜表面产生的巨大振动剪力能保证其在不结垢的情况下产生高的浓缩率，因而能够使物料的分离达到最佳极限。
　　由于该技术拥有众多优点，使其在分离过滤领域处于领先地位。而采用该技术的V+SEP设备应用到高COD值的含酚废水处理上，效果非常明显。
　　2.2　V+SEP设备
　　该设备使用以聚丙烯为材质的分子膜，以泵为动力，将液体中的水和其它烃类化合物过滤分离。整个分离过程是不使用任何添加剂和催化剂的物理过程，不产生二次污染。另外其先进的控制系统，使整个分离过程达到稳定、可靠和安全。分子膜的使用寿命约为3年。

3　膜分离技术处理含酚废水

　　1998年初，美国STEEDAENTERPRISES公司与天津开发区金福科工贸有限公司合作，对北京燕化化工二厂苯酚丙酮装置含酚废水的数据进行了分析研究，确定用V+SEP设备处理含酚废水。通过实验，效果非常明显，一次处理即可将被处理废水的COD值降低85%。1998年底，我院根据实验报告完成设计。
　　3.1　　工艺流程
　　3.1.1　规模及水质
　　　　水量：5.0m³/h
　　　　水质：COD1500mg/1
　　　　PH=4左右
　　　　水温：7O℃
成分：苯酚、丙酮、异丙苯及无机盐类
　　3.1.2　工艺流程简述
　　装置排出的含酚废水先进入调节罐进行调节，然后经进水泵加压［1.7MPa(G)］送入V+SEP中进行分离过滤。为了去除废水中大的悬浮颗粒，减少其对V+SEP设备中滤膜表面的磨损，在进水泵前的管路上设置了管道过滤器。
　　废水经V+SEP的分离过滤产生出过滤物和滤清液，滤清液被排入滤清液罐［0.1MPa(G)］，然后用排水泵将滤清液送往污水净化厂进一步处理。分离过滤产生的过滤物［1.5MPa(G)］送去焚烧或装桶外运销售，进一步综合利用或作燃料。V+SEP设备投入运行时，过滤物排放自控阀关闭，通过滤膜过滤废水中的有机质和悬浮颗粒被截留到V+SEP设备中。当被截留物达到一定浓度时，过滤物排放自控阀开启，过滤物被排入过滤物罐。这是个循环过程，可保证废水被连续不断地处理。

　　3.1.3　出水水质
　　滤清液：流量4.68m³/hCOD225Omg/1
　　过滤物：流量0.32m³/hCOD199219mg/1
　　3.1.4　控制水平
　　V+SEP设备的控制系统完全由逻辑程序控制器(PLC)提供，它可自动测试并选择合适的参数来保证设备正常地运行。此外，它还包括自动清洗、自动关闭、自动报警、数字检测显示器、遥控检测及监听等一系列措施，保证整个系统安全、可靠、稳定地运行。
　　3.2　技术经济
　　3.2.1　主要设备
　　1)进料平衡罐(玻璃钢)：1台
　　2)进料泵(耐酸泵)：2台
　　3)V+SEP设备(进口)：1台(底座尺寸1.2×1.2m，总高4.6m)
　　4)出料滤清液罐(玻璃钢)：1台
　　5)出料过滤物罐(玻璃钢)：1台
　　6)排水泵(耐酸泵)：2台
　　7)玻璃钢管道
　　8)管道过滤器：1台
　　3.2.2　技术经济分析
　　1)设备投资：500万元人民币
　　2)向酚丙酮装置收排污费(6.8元/吨)：391万元/年
　　3)给污水净化厂交排污费(6.8元/吨)：55万元/年
　　4)操作运行费：电费(用电量2O.5KW/h)12万元/年
　　　　　　　　　其它10万元/年
　　预计总投资回收年限为两年。

4　结论

　　4.1V+SEP设备处理一吨水仅耗电4KW，是一种节能设备且占地面积非常小。
　　4.2如两台V+SEP设备串联使用，COD的去除率达98%，可极大地缓解污水净化厂的压力。