焦化廢水處理技術應用

時間：2007-05-22 來源： 作者：

焦化廢水是煤在高溫干餾過程中以及煤氣凈化、化學產品精制過程中形成的廢水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等幾十種污染物，成分復雜，污染物濃度高、色度高、毒性大，性質非常穩定，是一種典型的難降解有機廢水。它的超標排放對人類、水產、農作物都構成了很大危害。如何改善和解決焦化廢水對環境的污染問題，已成為擺在人們面前的一個迫切需要解決的課題。
　　目前焦化廢水一般按常規方法先進行預處理，然后進行生物脫酚二次處理。但是，焦化廢水經上述處理后，外排廢水中氰化物、COD及氨氮等指標仍然很難達標。針對這種狀況，近年來國內外學者開展了大量的研究工作，找到了許多比較有效的焦化廢水治理技術。這些方法大致分為生物法、化學法、物化法和循環利用等4類。
　　1 生物處理法
　　生物處理法是利用微生物氧化分解廢水中有機物的方法，常作為焦化廢水處理系統中的二級處理。目前，活性污泥法是一種應用最廣泛的焦化廢水好氧生物處理技術。這種方法是讓生物絮凝體及活性污泥與廢水中的有機物充分接觸；溶解性的有機物被細胞所吸收和吸附，并最終氧化為最終產物（主要是CO2）。非溶解性有機物先被轉化為溶解性有機物，然后被代謝和利用[1]�；�本流程如圖1所示。

　　圖1 生物處理法基本流程
但是采用該技術，出水中的CODCr、BOD5、NH3-N等污染物指標均難于達標，特別是對NH3-N污染物，幾乎沒有降解作用。近年來，人們從微生物、反應器及工藝流程幾方面著手，研究開發了生物強化技術：生物流化床，固定化生物處理技術及生物脫氮技術等。這些技術的發展使得大多數有機物質實現了生物降解處理，出水水質得到了很大改善，使得生物處理技術成為一項很有發展前景的廢水處理技術。合肥鋼鐵集團公司焦化廠、安陽鋼鐵公司焦化廠、昆明焦化制氣廠采用A/O（缺氧/好氧）法生物脫氮工藝，運行結果表明該工藝運行穩定可靠，廢水處理效果良好，但是處理設施規模大，投資費用高。上海寶鋼焦化廠將原有的A/O生物脫氮工藝改為A/OO工藝，污水處理效果優于A/O工藝[2]，運行成本有所降低，效果明顯。
　　總的來看，生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運行費用相對較低等優點，改進后的新技術使焦化廢水處理達到了工程應用要求，從而使得該技術在國內外廣泛采用。但是生物降解法的稀釋水用量大，處理設施規模大，停留時間長，投資費用較高，對廢水的水質條件要求嚴格，廢水的pH值、溫度、營養、有毒物質濃度、進水有機物濃度、溶解氧量等多種因素都會影響到細菌的生長和出水水質，這也就對操作管理提出了較高要求。

　　2 化學處理法
　　2.1催化濕式氧化技術
　　催化濕式氧化技術是在高溫、高壓條件下，在催化劑作用下，用空氣中的氧將溶于水或在水中懸浮的有機物氧化，最終轉化為無害物質N２和CO２排放。該技術的研究始于20世紀70年代，是在Zimmerman的濕式氧化技術的基礎上發展起來的。在我國，鞍山焦耐院與中科院大連物化所合作，曾經成功地研制出雙組分的高活性催化劑，對高濃度的含氨氮和有機物的焦化廢水具有極佳的處理效果[3]。
　　濕式催化氧化法具有適用范圍廣、氧化速度快、處理效率高、二次污染低、可回收能量和有用物料等優點。但是，由于其催化劑價格昂貴，處理成本高，且在高溫高壓條件下運行，對工藝設備要求嚴格，投資費用高，國內很少將該法用于廢水處理。
　　2.2焚燒法
　　焚燒法治理廢水始于20世紀50年代。該法是將廢水呈霧狀噴入高溫燃燒爐中，使水霧完全汽化，讓廢水中的有機物在爐內氧化，分解成為完全燃燒產物CO２和H２O及少許無機物灰分。
　　焦化廢水中含有大量NH３－N物質，NH３在燃燒中有NO生成，NO的生成會不會造成二次污染是采用焚燒法處理焦化廢水的一個敏感問題。楊元林[4]等通過研究發現,NH3在非催化氧化條件下主要生成物是N２，不會產生高濃度NO造成二次污染。從而說明，焚燒處理工藝對于處理焦化廠高濃度廢水是一種切實可行的處理方法。然而，盡管焚燒法處理效率高，不造成二次污染，但是其昂貴的處理費用（約為167美元／t [5]）使得多數企業望而卻步，在我國應用較少。
　　2.3 臭氧氧化法
　　臭氧是一種強氧化劑，能與廢水中大多數有機物，微生物迅速反應，可除去廢水中的酚、氰等污染物，并降低其COD、BOD值，同時還可起到脫色、除臭、殺菌的作用。
　　臭氧的強氧化性可將廢水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水中很快分解為氧，不會造成二次污染，操作管理簡單方便。但是，這種方法也存在投資高、電耗大、處理成本高的缺點。同時若操作不當，臭氧會對周圍生物造成危害。因此，目前臭氧氧化法還主要應用于廢水的深度處理。在美國已開始應用臭氧氧化法處理焦化廢水[6]。
　　2.4 等離子體處理技術
　　等離子體技術是利用高壓毫微秒脈沖放電所產生的高能電子（5～20 eV）、紫外線等多效應綜合作用，降解廢水中的有機物質。等離子體處理技術是一種高效、低能耗、使用范圍廣、處理量大的新型環保技術，目前還處于研究階段。有研究表明[7]，經等離子體處理的焦化廢水，有機物大分子被破壞成小分子，可生物降解性大大提高，再經活性污泥法處理，出水的酚、氰、COD指標均有大幅下降，具有發展前景。但處理裝置費用較高，有待于進一步研究開發廉價的處理裝置。
　　2.5 光催化氧化法
　　光催化氧化法是由光能引起電子和空隙之間的反應，產生具有較強反應活性的電子（空穴對），這些電子（空穴對）遷移到顆粒表面,便可以參與和加速氧化還原反應的進行。光催化氧化法對水中酚類物質及其他有機物都有較高的去除率[8]。高華等[9]在焦化廢水中加入催化劑粉末，在紫外光照射下鼓入空氣，能將焦化廢水中的所有有機毒物和顏色有效去除。在最佳光催化條件下，控制廢水流量為3600 mL/h，就可以使出水COD值由472 mg/L降至100 mg/L以下，且檢測不出多環芳烴。
　　目前，這種方法還僅停留在理論研究階段。這種水處理方法能有效地去除廢水中的污染物且能耗低，有著很大的發展潛力。但是有時也會產生一些有害的光化學產物，造成二次污染。由于光催化降解是基于體系對光能的吸收，因此，要求體系具有良好的透光性。所以，該方法適用于低濁度、透光性好的體系，可用于焦化廢水的深度處理。
　　2.6 電化學氧化技術
　　電化學水處理技術的基本原理是使污染物在電極上發生直接電化學反應或利用電極表面產生的強氧化性活性物質使污染物發生氧化還原轉變。目前的研究表明，電化學氧化法氧化能力強、工藝簡單、不產生二次污染，是一種前景比較廣闊的廢水處理技術。
　　Chang等[10 ]用PbO2/Ti作為電極降解焦化廢水。結果表明：電解2 h后，COD值從2143 mg/L降到226 mg/L，同時 760 mg/L的NH3-N也被去除。研究還發現，電極材料、氯化物濃度、電流密度、pH值對COD的去除率和電化學反應過程中的電流效率都有顯著影響。
　　梁鎮海等[11]采用Ti/SnO2+Sb2O3+MnO2/PbO2處理焦化廢水，使酚的去除率達到95.8％，其電催化性能比Pb電極優良，比Pb電極可節省電能33％。
　　2.7 化學混凝和絮凝
　　化學混凝和絮凝是用來處理廢水中自然沉淀法難以沉淀去除的細小懸浮物及膠體微粒，以降低廢水的濁度和色度，但對可溶性有機物無效，常用于焦化廢水的深度處理。該法處理費用低，既可以間歇使用也可以連續使用。
　　混凝法的關鍵在于混凝劑。目前一般采用聚合硫酸鐵作混凝劑,對CODCr的去除效果較好,但對色度、F-的去除效果較差。浙江大學環境研究所盧建航等[12]針對上海寶鋼集團的焦化廢水，開發了一種專用混凝劑。實驗結果發現：混凝劑最佳有效投加量為300 mg/L，最佳混凝pH范圍為6.0~6.5；混凝劑對焦化廢水中的CODCr、F-、色度及總CN都有很高的去除率,去除效果受水質波動的影響較小，混凝pH對各指標的去除效果有較大的影響。
　　絮凝劑在廢水中與有機膠質微粒進行迅速的混凝、吸附與附聚，可以使焦化廢水深度處理取得更好的效果[13]。馬應歌等[14]在相同條件下用3種常用的聚硅酸鹽類絮凝劑(PASS,PZSS,PFSC)和高鐵酸鈉(Na2FeO4)處理焦化廢水,實驗結果表明,高鐵酸鈉具有優異的脫色功能，優良的COD去除、濁度脫除性能，形成的絮凝體顆粒小、數量少、沉降速度快、且不形成二次污染。

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