申请日2018.07.10
公开(公告)日2018.12.14
IPC分类号B01D61/00; C02F1/44
摘要
本发明一种焦化废水的处理方法，将焦化废水进行渗透处理。渗透处理过程采用的正渗透膜为Hydration Technology Innovations生产的HTI(CTA)渗透膜或博天环保科技有限公司生产的Poten正渗透膜。本发明中，采用渗透方法，可高效截留焦化废水中的有害有机物;相比于现有的处理方法，能耗更低，膜污染更小，处理效果更好。对吡啶、吲哚等毒性小分子的截留率达70%以上。处理后出水完全达到《水质污染物排放限值》。
权利要求书
1.一种焦化废水的处理方法，其特征在于，将焦化废水进行渗透处理，焦化废水中水透过渗透膜，进入汲取液中。
2.如权利要求1所述的焦化废水的处理方法，其特征在于，所述的渗透膜是由Hydration Technology Innovations的HTI(CTA)渗透膜或博天环保科技有限公司的Poten渗透膜。
3.如权利要求2所述的焦化废水的处理方法，其特征在于，所述的渗透膜为HTI(CTA)渗透膜，其中，所述的HTI(CTA)渗透膜的活性层面向汲取液面，支撑层面向焦化废水。
4.如权利要求1所述的焦化废水的处理方法，其特征在于，预先将HTI(CTA)渗透膜或Poten渗透膜浸泡在水中，进行预处理。
5.如权利要求1所述的焦化废水的处理方法，其特征在于，所述的焦化废水为至少包含吲哚、吡啶中的至少一种的废水;
优选地，所述的焦化废水中，吲哚的浓度小于或等于50mg/L;吡啶的浓度小于或等于50mg/L;NH3-N的浓度小于或等于100mg/L;
渗透过程的汲取液为氯化钠、硫酸钠、氯化镁中的至少一种的水溶液;起始的汲取液的溶质的摩尔浓度为0.5～4mol/L。
6.如权利要求5所述的焦化废水的处理方法，其特征在于，控制渗透处理过程中的汲取液的摩尔浓度为0.5～4mol/L。
7.如权利要求6所述的焦化废水的处理方法，其特征在于，向处理后的汲取液中补加溶质，维持渗透处理过程中的溶质的摩尔浓度为0.5～4mol/L。
8.如权利要求1、5、6或7所述的焦化废水的处理方法，其特征在于，焦化废水和汲取液的流速比为1～12∶1～12;优选为1～8∶1～8。
9.如权利要求8所述的焦化废水的处理方法，其特征在于，渗透处理中，焦化废水的流速为10～120L/h。
10.如权利要求1所述的焦化废水的处理方法，其特征在于，将处理后的汲取液进行反渗透处理，将浓缩后的汲取液循环套用至渗透处理过程中;
优选地，渗析过程中，每连续运行4～8天，采用去离子水冲洗渗透膜两侧。
说明书
一种焦化废水的处理方法
技术领域
本发明涉及环境工程废水处理技术领域，具体涉及一种新型、高效的处理焦化废水中毒性小分子的的强化方法。
背景技术
目前，焦化行业产生的焦化废水是环境污染最为严重的行业之一，同时也是全国每年排放量最大的工业废水之一，被列为环境监测的重点监测对象。据不完全统计，我国国内的焦化厂、钢铁厂和煤气厂等，每年的焦化废水排放量达1亿吨以上。伴随工厂规模的不断扩大，企业产能的逐渐增加，焦炭产量的逐年增大，产生的工业废水也在不断增加，如何有效地治理工业焦化废水己成为我国乃至世界面临的重要环境问题之一。工业焦化废水含有几十种甚至达上百种有机物，包括苯酚类及其衍生物、苯胺类化合物、喹啉类化合物，吡啶等含苯环的芳香类和杂环化合物。焦化废水的组成中苯酚、苯胺、喹啉，吲哚，吡啶等为主要难于生物降解的有机物质。而吡啶又是内分泌干扰难降解有机物，它们毒性强，分子量小，去除难度大。
根据焦化废水中主要污染物的不同特点，国内外工业广泛应用的处理技术，主要包括生物法、化学法、物理化学法。但是这些方法大多工艺流程繁琐，成本高，甚至经过处理后仍不能达到国家排放标准。目前膜生物反应器(MBR)工艺是将生物法和微滤膜或超滤膜合为一起，它作为一种新型工艺可以用来处理焦化废水。但是传统MBR工艺流程是预处理的焦化废水先经生物法处理，处理后的一次出水再经过微滤或超滤膜过滤，由于微滤膜和超滤膜孔径相对较大，因此二次出水依然存在毒性小分子含量高，成分复杂等工艺缺陷，给后续的深度处理带来很多困难。
发明内容
为解决现有焦化废水处理的难度，本发明的目的在于提供一种用于处理焦化废水中毒性小分子的强化方法。
为了解决现有技术的这些缺陷，本发明人通过大量研究，可良好的克服现有技术存在的缺陷，本发明的技术方案为：
一种焦化废水的处理方法，将焦化废水进行渗透处理，焦化废水中水透过渗透膜，进入汲取液中。
本发明人通过大量研究发现，采用渗透方法，可高效截留焦化废水中的有害有机物;相比于现有的处理方法，能耗更低，膜污染更小，处理效果更好。
作为优选，渗透处理过程采用的正渗透膜为Hydration Technology Innovations生产的HTI(CTA)渗透膜或博天环保科技有限公司生产的Poten正渗透膜。通过研究发现，采用该优选的渗透膜，可明显提升焦化废水中的有害有机物的截留。
进一步优选，所述的渗透膜为HTI(CTA)。采用该渗透膜的废水处理效果更好。
本发明还通过研究发现，预先将HTI(CTA)渗透膜或Poten渗透膜浸泡在水中，进行预处理。如此预处理，可提升膜的初始通量，前期截留率。
本发明中，所述的焦化废水为至少包含吲哚、吡啶中的至少一种的废水。
本发明方法特别适合于温和、高效、低成本地处理现有技术难于处理的含吲哚、吡啶的废水。
本发明方法可适合任意浓度含量的吲哚、吡啶的废水的处理。特别适合吲哚的浓度小于或等于50mg/L;吡啶的浓度小于或等于50mg/L;NH3-N的浓度小于或等于100mg/L的焦化废水的处理。在该浓度范围下的焦化废水，处理效率高，有机物的截留率高，工艺稳定，工艺可保证长期有效。
本发明中，渗透过程采用无机盐溶液作为汲取液。
作为优选，渗透过程的汲取液为氯化钠、硫酸钠、氯化镁中的至少一种的水溶液。
作为优选，起始的汲取液的溶质的摩尔浓度为0.5～4mol/L。
本发明方法，可实现焦化废水的连续化处理，例如，向由渗透膜分隔的两个独立腔室中的任意一个腔室中连续注入料液(本发明也称为焦化废水)，向另一腔室中注入汲取液。研究发现，料液和汲取液的流速对膜水通量和反向盐通量有很大的影响。
作为优选，焦化废水和汲取液的流速比为1～12∶1～12。
更进一步优选，焦化废水和汲取液的流速比为1～8∶1～8。本发明的意外发现，控制在该比例下，可以较大的提高膜平均水通量，有效的降低膜反向盐通量，相对有较低的能耗。
作为优选，渗透处理中，焦化废水的流速为10～120L/h(相当于2.2cm/s～26.4cm/s);汲取液流速为10～120L/h(相当于2.2cm/s～26.4cm/s);选择适当的流速可有效提高膜水通量，降低反向盐通量。
作为优选，渗透处理中，焦化废水的流速为80L/h;汲取液流速为10～80L/h。本发明人发现，在该流量下，处理效果更好，膜Js(膜反向盐通量)/Jw(膜平均水通量Jw)比值更低，处理效果更优。
作为优选，渗透处理中，焦化废水与汲取液逆向且平行膜面运行。有助于提高膜水通量，有效降低膜污染。
作为优选，控制渗透处理过程中的汲取液的摩尔浓度为0.5～4mol/L。随着渗透的不断进行，焦化废水中的水不断透过渗透膜，进入汲取液中，降低了汲取液中的渗透压，进而减缓了渗透进程;本发明中，维持交换腔室中的汲取液的摩尔浓度为0.5～4mol/L，可以使膜截留率稳定维持较高的水平，且使水通量稳定维持在较高的水平，反向盐通量维持在较低的水平。
作为优选，通过选择不同的膜朝向，将料液面对HTI膜的活性层，汲取液面对支撑层(FO模式);或将料液面向支撑层，汲取液面向活性层(PRO模式)，选择合适的膜朝向可有效提高膜水通量，降低膜污染，减小膜反向盐通量。
进一步优选，所述的渗透膜为HTI(CTA)渗透膜，其中，所述的HTI(CTA)渗透膜的活性层面向汲取液面(活性层与汲取液接触)，支撑层面向焦化废水(支撑层与焦化废水接触)(PRO模式)。相比于正渗透膜的活性层面向焦化废水，支撑层面向汲取液(FO模式)，PRO操作模式下，可以进一步降低膜Js(膜反向盐通量)/Jw(膜平均水通量Jw)比值，使膜综合渗透性能更优。
作为进一步优选，对两种正渗透膜进行长效性测试，Poten和HTI(CTA)正渗透膜在FO模式下，焦化废水作为料液，1mol/L Na2SO4作为汲取液，分别连续进行15天的正渗透测试，料液和汲取液流速均为24L/h，研究意外发现HTI(CTA)膜性能最好，其截留率稳定在70%以上，且水通量和反向盐通量波动很小，水通量Jw稳定在5.5Kg/m2·h，反向盐通量Js稳定在4.5g/m2.h，HTI(CTA)膜没有发现明显的膜污染现象。
作为优选，渗析过程中，每连续运行4～8天，采用去离子水冲洗渗透膜两侧。研究发现，通过该处理，可以明显提升渗透膜的通量，改善处理效果。
进一步优选，去离子冲洗过程中，两侧的去离子水的流量为60～100L/h，冲洗时间优选为20～40min。
例如，为了维持Poten膜长期高通量的性能，在长效性测试中，可以定期对膜进行物理清洗以消除膜污染，使膜综合渗透性能更优。
本发明中，除不断向汲取液中补充溶质外，还可将处理后的汲取液进行反渗透处理，随后将浓缩后的汲取液循环套用至渗透处理过程中。
实施所述处理方法的处理系统，包括一个容器，容器内腔室由渗透膜分隔成独立的两个交换腔室，分别为料液室(焦化废水室)和汲取液室;所述的料液室和汲取液室的容器壁上均设置有入口和出口，所述的料液室的入口通过料液循环泵和料液储罐的出口连接，料液室的出口与料液储罐的入口连接;
所述的汲取液室的入口通过汲取液循环泵和汲取液储罐的出口连接，汲取液室的出口与汲取液储罐的入口连接。
本发明中，料液由料液储罐转移到料液室;汲取液由汲取液储罐转移至汲取液室;料液室中的料液在膜两侧渗透压差的驱动下，其中的水透过渗透膜进入汲取液中，渗透后的料液返回至料液储罐中，循环处理;处理后的汲取液(稀释后的汲取液)返回至汲取液储罐中，循环利用;随着渗透处理的不断进行，可不间断地向汲取液中补充溶质(氯化钠、硫酸钠、氯化镁等水溶性电解质);维持汲取液室中的溶质的摩尔浓度为0.5～4mol/L，使渗透压维持在一个稳定水平。
本发明的稀释后的汲取液还可进行反渗透处理，对汲取液进行浓缩处理，浓缩后的汲取液再循环套用;如此，可无需不断向汲取液中补加溶质。
本发明一种优选的焦化废水的处理方法，包括如下步骤：
步骤A.在实验室配制成吲哚浓度为20～50mg/L，吡啶浓度为20～50mg/L，NH3-N浓度为50～100mg/L的模拟焦化废水;
步骤B.正渗透汲取液的配制：在实验室配制成摩尔浓度为0.5～4mol/L的汲取溶液，其中溶质可以为氯化钠、硫酸钠、氯化镁等中的一种;
步骤C.将HTI(CTA)正渗透膜或Poten正渗透膜浸泡在水中24h以上，进行预处理，得预处理渗透膜。
步骤D.料液(模拟焦化废水)流速设定为10～120L/h(相当于2.2cm/s～26.4cm/s)，汲取液流速设定为10～120L/h(相当于2.2cm/s～26.4cm/s)，料液和汲取液都各自由磁力泵打入，其中料液从料液罐流经磁力泵、液体流量计、正渗透膜后再次回到料液罐，整个过程为闭路循环。汲取液同样从汲取液罐流经磁力泵、液体流量计、正渗透膜后再次回到汲取液罐，其过程也为闭路循环;
步骤E.在膜分离过程中，由于料液中的水分子在膜两侧渗透压差驱动力的作用下穿过膜孔不断进入到汲取液侧，渗透处理过程中，优选每0.5～1h向汲取液中补充一定量的溶质，将溶质的摩尔浓度控制在0.5～4mol/L;
步骤F.连续工作24h后从料液和汲取液分别取样测定两侧溶液中吲哚和吡啶的总有机碳TOC含量。
步骤G.Poten和HTI(CTA)膜进行长效性测试时，选取FO模式，膜两侧流速均为24L/h，连续进行15天的正渗透测试，记录水通量、反向盐通量及截留率的数据。
有益效果
本发明可高效截留焦化废水中的吲哚、吡啶毒性小分子，一段截留率达70%以上，使出水可以达到国家排放标准。
