焦化過程中的污水治理技術(shù)研究

焦化過程中的污水治理技術(shù)研究

1焦化廢水治理技術(shù)研究鋼鐵工業(yè)的焦化工藝以煤為原料。在隔離空氣的條件下，將煤加熱到96010c，獲得焦灼物和一些化工產(chǎn)品。同時，在生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量難分解有機物的廢水。廢水的成分非常復(fù)雜,主要有酚、氰化物、氨氮、有機鹽、芳烴、有機油及硫化物等污染物,這些污染物如果未經(jīng)處理或處理不當隨廢水外排,將對水體產(chǎn)生嚴重污染。目前無論是國際還是國內(nèi)對鋼鐵工業(yè)煉焦廢水的處理都沒有一個很好的方法,廢水中大量的大分子難降解有機物難以用常規(guī)方法處理,這些大分子有機物和氨氮等物質(zhì)的存在也影響其它易處理成分的處理效果。為了保護有限的水資源,必須對焦化廢水的治理技術(shù)進行研究。一方面可以采用新技術(shù)處理焦化廢水,使廢水中的大分子有機物轉(zhuǎn)化為小分子有機物和無機物,從而增加廢水的生物可降解性、降低廢水的毒性。另一方面也可以直接利用焦化廢水治理低濃度SO2等氣態(tài)污染物,達到以廢治廢的目的。2焦化廢水的來源、組成和處理2.1炭化室的制備焦化生產(chǎn)是用經(jīng)過洗選,含水約10%的煉焦煤,粉碎到規(guī)定的細度,從焦爐頂部裝入炭化室,經(jīng)高溫干餾得到焦炭。焦化廢水來自于各個生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的污水,焦化生產(chǎn)工藝流程及廢水來源見圖1。2.2焦化廢水的組成焦化生產(chǎn)工藝過程表明:焦化廢水由4部分生產(chǎn)污水匯合而成。(1)蒸汽水分組成由裝爐煤中的外在水分、煤在煉焦過程中形成的化合水以及焦爐上升管噴射的蒸汽中的水分組成。該污水含酚約600~1200mg/L,COD約3000mg/L,含NH3約200~300mg/L。(2)終冷循環(huán)水的更換在進行煤氣的最終冷卻時,煤氣中一定數(shù)量的酚、萘、氰化物、硫化物及吡啶鹽基等進入冷卻水中。為保證煤氣的終冷溫度和減輕脫苯蒸餾設(shè)備的腐蝕,終冷循環(huán)水須部分用新水更換,而排出一定量的含酚、氰化物污水。該污水含酚約150mg/L,氰化物約80~150mg/L,COD約1500mg/L,油約200mg/L,并有少量硫化物。(3)產(chǎn)品水源分離水在化產(chǎn)品粗、精制加工過程中的水蒸冷凝水和化產(chǎn)品沉降分離產(chǎn)物,以及各種貯槽定期和事故排出的污水。該廢水主要含芳烴類、酸、堿、鹽等。(4)廢水經(jīng)過化產(chǎn)車間，從跑、冒、滴、漏等方面收集該污水較為復(fù)雜,主要為芳烴,堿、酸污水,COD含量高。2.3萃取脫酚，蒸氨目前焦化廢水一般按常規(guī)方法進行兩級處理。第一級處理包括:隔油,過濾(或一次沉降),溶劑萃取脫酚,蒸氨,黃血鹽脫氰等。第二級處理包括:浮選,生物脫酚,混凝沉淀等。焦化廢水經(jīng)上述兩級處理后,外排廢水中酚的含量可達到GB13456—92標準,但氰化物、COD及氨氮很難達標。因此,研究開發(fā)一種理想的焦化污水處理技術(shù)是鋼鐵工業(yè)環(huán)境治理工作中的一項重要課題。3目前，國內(nèi)外對塑料廢水處理的方法如下3.1曝氣、處理廢水活性污泥法是一種應(yīng)用最廣泛的焦化廢水好氧生化處理技術(shù),常用為廢水處理系統(tǒng)中的第二級處理工藝。主要由曝氣池、二次沉淀池、曝氣系統(tǒng)以及污泥回流系統(tǒng)等組成(見圖2)。焦化廢水經(jīng)初次沉淀后與二次沉淀池底部回流的活性污泥同時進入曝氣池,通過曝氣,活性污泥呈懸浮狀態(tài),并與廢水充分接觸。廢水中的懸浮固體和膠狀物質(zhì)被活性污泥吸附,而廢水中的可溶性有機物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的營養(yǎng),代謝轉(zhuǎn)化為生物細胞,并氧化成為最終產(chǎn)物(主要是CO2)。非溶解性有機物需先轉(zhuǎn)化成溶解性有機物,而后才被代謝和利用,廢水由此得到凈化。用活性污泥法處理焦化廢水時,對廢水中酚類污染物的處理效果較好,處理后的廢水中酚的濃度一般低于0.5mg/L,對氰化物、氨氮等污染物的處理效果較差。而且當廢水中氰化物、氨氮等污染物的濃度較高時,會破壞活性污泥中微生物的活動,使微生物死亡,影響活性污泥對酚的處理效果。3.2氮氧化合物的制備近年來人們研究開發(fā)了臭氧氧化法處理焦化廢水,一般作為廢水處理系統(tǒng)中的第二級或末級處理工藝(見圖3)。臭氧是一種強氧化劑,在水處理中可用于除臭、脫色、殺菌、除鐵、除氰化物、除有機物等。用臭氧氧化法處理焦化廢水可以同時脫除廢水中的酚、氰化物及其他有機物。其反應(yīng)機理為:廢水中的酚與臭氧反應(yīng),首先被氧化成鄰苯二酚,接著鄰苯二酚繼續(xù)氧化成鄰醌。如果在處理過程中有足夠的臭氧,則氧化反應(yīng)將繼續(xù)進行下去。但反應(yīng)中只有少量的酚能完全氧化為CO2和水。廢水中的氰CN-與臭氧反應(yīng),首先被臭氧氧化為CNO-,然后CNO-繼續(xù)被臭氧氧化為N2。美國的煉焦廠已開始應(yīng)用臭氧氧化法處理焦化廢水。廢水中的酚濃度可以由0.16~0.39mg/L降到0.003mg/L;在銅催化條件下,氰化物濃度可以由20mg/L降至0.1mg/L以下。影響臭氧氧化的因素,主要是廢水中雜質(zhì)的性質(zhì)、濃度、pH值、溫度、臭氧的濃度和用量、臭氧的投加方式等。用臭氧氧化法處理焦化廢水的結(jié)果表明,臭氧對去除廢水中的酚、氰化物等污染物有顯著效果;殘留于廢水中的臭氧易分解,一般不會產(chǎn)生二次污染,并且能增加水中的溶解氧;操作管理方便。但是此法在工業(yè)應(yīng)用中還存在一些問題,如臭氧發(fā)生器耗電量大,運行及投資費用高;由于臭氧的強氧化性,在操作過程中控制不當易對周圍的生物造成危害,因此目前未能廣泛推廣。3.3再生水預(yù)處理離子交換法是一種借助于離子交換劑上的離子和廢水中的離子進行交換反應(yīng)而除去廢水中有害離子的方法。離子交換法的優(yōu)點是離子的去除效率高,設(shè)備簡單,易于操作控制。缺點是對廢水的預(yù)處理要求較高,離子交換劑的再生及再生液的處理難度較大、費用較高。離子交換法可以用來處理氰化物濃度較低的焦化廢水,已有報道用LewatilM-600陰離子交換樹脂處理焦化廢水,以甲醇或異丙醚再生。但離子交換法不能用于處理含高濃度氰化物的焦化廢水,原因在于樹脂再生時會析出高毒氰化氫氣體,高濃度氰化物會嚴重損壞離子交換樹脂。從目前研究情況來看,離子交換法只能作為焦化廢水處理系統(tǒng)中的末級處理工藝用以脫除低濃度的酚、氰化物及其它有機物,不適合用于工業(yè)焦化廢水處理系統(tǒng)中的第二級廢水處理工藝。3.4活性炭吸附法活性炭是一種由含碳為主的物質(zhì)作原料,經(jīng)高溫炭化活化制得的疏水性非極性吸附劑。它具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),可以耐強酸、強堿,耐高溫、高壓作用,不易破碎。與其他吸附劑相比較,活性炭具有巨大的比表面積,一般可以達500~1700m2/g,因而形成了強大的吸附能力?；钚蕴渴悄壳皬U水處理中普遍采用的吸附劑,可用于各類廢水的處理。用活性炭吸附法處理焦化廢水效果較好,可作為焦化廢水處理系統(tǒng)中的第二級或末級處理工藝。經(jīng)活性炭吸附法處理過的焦化廢水其色度、酚及氰化物等污染物的濃度均能達到國家排放標準,其中酚濃度降至0.001~0.05mg/L,氰化物濃度降至0.1mg/L以下。但由于活性炭再生困難,該法運行費用較高,因此在焦化廢水處理中沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用。4焦化廠廢水處理新技術(shù)從目前國內(nèi)外的研究趨勢看,傳統(tǒng)廢水處理方法對含有難生物降解有機物焦化廢水的處理效率較低,運行費用高,必須采用新方法解決該問題。4.1高能電子平臺降解有機物法我國科技工作者從90年代初就開始了用高壓毫微秒脈沖放電等離子體技術(shù)對難生物降解有機廢水進行處理的研究工作,曾經(jīng)研究過印染廢水、含苯和硝基苯廢水的處理效果。利用毫微秒級脈沖放電處理廢水的原理是:在毫微秒級高壓脈沖作用下,氣體間隙產(chǎn)生放電等離子體,放電等離子體中存在大量高能電子(5~20ev),這些高能電子作用于水分子產(chǎn)生大量的水合電子、OH、O等強氧化基團來氧化水中有機物,從而達到降解有機物的目的。目前利用脈沖放電等離子體技術(shù)對煉焦廢水進行處理,現(xiàn)階段結(jié)果表明:焦化廢水經(jīng)脈沖放電處理后,有機物大分子被破壞成小分子,廢水的生物可降解性大為提高,進一步用活性污泥法處理后,出水中酚、氰化物及COD濃度均有所降低。用高壓毫微秒脈沖放電等離子體技術(shù)對焦化廢水進行處理與臭氧氧化法相比較,具有投資及運行費用低、操作簡單、易于控制等特點。4.2焦化廢水利用水的必要性提高廢水循環(huán)率,減少污水外排,降低新水消耗量,已成為鋼鐵工業(yè)企業(yè)廣泛采用的清潔生產(chǎn)工藝之一。焦化廢水可以代替工業(yè)冷卻循環(huán)系統(tǒng)的水,這樣將減少60%~80%的焦化廢水外排,在節(jié)約污水處理系統(tǒng)運行費用、排污費用及新水費用的同時減輕對水體的污染。焦化廢水循環(huán)工藝具有明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。4.3廢水的水質(zhì)、廢水總量、處理費用低用含低濃度SO2的煙氣治理焦化廢水,可以在脫除SO2的同時脫除廢水中的酚、氰化物、氨氮及苯等污染物,從而達到以廢治廢的目的。煙氣處理焦化廢水實質(zhì)上是利用煙氣的熱量,在反應(yīng)塔內(nèi)通過傳熱傳質(zhì)反應(yīng)起到汽化廢水水分的作用。廢水中的有機物除了氧化分解外,幾乎被煙氣中的粉煤灰或粉塵吸附,排入大氣中的污染物占廢水中污染物總量的比例大約分別是:氨氮1%、酚類3.6%、氰化