环境工程-焦化工业废水处理工艺设计-文献综述

文献综述

水是地球的重要组成部分,也是生物机体不可缺少的组分，人类的生存和发展离不开水资源。地球上约有97.3%的水是海水，它覆盖了地球表面的70%以上，但由于海水是含有大量矿物盐类的“咸水”，不宜被人类直接使用。这样，人类生命和生产活动能直接利用且易于取得的淡水资源就十分有限，不足总水量的3%，且其中约3/4 以冰川、冰帽等固态的形式存在于南北极地,人类很难使用。与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水储量约为4000000立方千米，仅占地球上总水量的0.3%。因此，解决水污染、合理地利用水资源是世界各国经济可持续发展的当务之急。焦化污水是一种高含氮、毒性强的有机工业污水之一。如果直接排入水体其污染程度大,毒害性强。因此，对焦化厂污水的处理无论在环境还是资源方面显得尤为重要。所以目前很多的专家在这方面做了很多的研究。

焦化污水来源与组成。焦化厂是钢铁企业生产的重要组成部分，焦炭是钢铁冶炼的重要原材料，炼焦回收的化工产品供给许多行业的生产。随着社会、经济的发展，焦化行业已发挥着越来越重要的作用。目前,国内生产焦化产品的厂家达数百家。焦化厂生产的主要任务是进行煤的高温干馏—炼焦，以及回收处理在炼焦过程中所产生的副产品。整个生产过程为选煤、炼焦及化工三部分。焦化污水则产生于炼焦制气过程及化工产品回收过程，水质复杂，产生量较大。其主要来源有：(1)剩余氨水。由炼焦的水分及炼焦过程中产生的化合物组成。通常情况下,其数量占全部污水的一半以上是氨氮污染物的主要来源；(2)化工产品工艺排水，包括化工产品回剩余氨水。由炼焦的水分及炼焦过程中产生的化合物组成。通常情况下，其数量占全部污水的一半以上是氨氮污染物的主要来收和精制过程中各有关工段的分离水及各种贮槽定期排水和事故排水；(3)粗苯终冷水及煤气脱硫和煤气终冷循环的排污水。其中含有一定数量的酚、氰、苯、硫化物及吡啶碱等。(4)焦油车间污水：焦油车间根据有机物的沸点不同，用蒸馏法初步分离各种产品，再经酸碱洗涤分离出粗苯、吡啶等产品。污水主要是间断地排出高浓度含油、含酸

的污水。这部分污水一般经溶剂脱酚通过蒸氨塔后才能进入生物处理装置；(5)古马隆污水：从酚、油、重苯中提取古马隆,要经过蒸馏、碱洗、酸洗、中和及水洗，排除含酚、吡啶、油等污染物的污水。焦化污水因受原煤性质、焦化产品回收工序及方法等多种因素的影响，含有多种污染物。

焦化污水的特点及危害水质特点：(1)成分复杂，焦化污水组成十分复杂，浓度高、毒性大。核磁共振—色谱分析显示焦化污水中含有数十种无机和上百种有机化合物。无机污染物主要是大量的氨盐、硫氰化物、硫化物及氰化物等。有机污染物除酚类化合物以外，还包括脂肪族化合物、杂环类化合物和多环芳香族化合物等。其中酚类化合物为主，占总有机污染物的80％左右，主要成分有苯酚、邻甲酚、对甲酚、邻对甲酚、二甲酚、邻苯二甲酚及其同系物等；杂环类化合物包括二氮杂苯、氮杂联苯、氮杂苊、氮杂蒽、吡啶、喹啉、咔唑及吲哚等;多环类化合物包括萘、蒽、菲及α-苯并芘等。(2)水质变化幅度大，焦化污水中氨氮变化系数可达2.7，COD变化系数可达 2.3，酚和氰化物浓度变化系数达3.3和3.4。(3)含有大量的难降解物，可生化性较差,焦化污水中有机物(以COD计)含量高，且由于污水中所含有机物多为芳香族化合物和稠环化合物及吲哚、吡啶、喹啉等杂环化合物，其BOD5/COD值低，一般为0.3~0.4，有机物稳定，微生物难以利用，污水的可生化性差。(4)污水毒性大，其中含有的氰化物、芳烃、稠环及杂环化合物都是有毒物质,有的甚至是致癌物质,毒性极强。2、危害(1)对人的危害,焦化污水中含有的酚类化合物是原型质毒物，可以通过皮肤、黏膜的接触和经口服而侵入人体体内。高浓度的酚可以引起剧烈腹痛、呕吐和腹泻、血便等症状,重者甚至死亡。低浓度的酚可引起积累性中毒，有头痛、头晕等不良反应。污水中的氰化物毒性很大。当pH值在8.5以下时，氰化物的安全浓度为5mg/L，人食用的平均致死量氰氢酸为30~60mg/L，氰化钠为0.1g，氰化钾为0.12g。另外污水中含有大量的氨氮，可能转化为NO2－或NO3－。人体若饮用了NH4＋-N >10mg/L或NO3－-N>50mg/L的水，可使人体内正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失

去输氧能力，出现缺氧症状。若亚硝酸盐长时间作用于人体，可引起细胞癌变。(2)对水体和水生生物的危害大量的有机污染物进入水体，会消耗水体当中大量的溶解氧，水体发臭,水质恶化。同时由于有毒物质的进入使得水中水生生物的生存受到影响，鱼类和贝类等的大量减产与死亡,并能通过食物链传递给人类造成食物中毒等。此外，含氮化合物还能导致水体的富营养化，尤其对湖泊等封闭水域的危害更大。(3)对农业的危害，采用未经处理的焦化污水直接灌溉农田，将使农作物减产和枯死，特别是在播种期和幼苗发育期，幼苗因抵抗力弱，含酚的污水使其腐烂；焦化污水中的油类物质能堵塞土壤孔隙，含盐量高而使土壤盐碱化；农业灌溉用水中TN含量如超过1mg/L，作物吸收过剩的氮能产生贪青倒伏现象。

由于焦化废水含有大量有毒的无机和有机化合物，成分复杂、危害性大，具有高COD值、高酚值、高氨氮量的特点,焦化废水的处理已引起人们的广泛关注。污水处理一般经过预处理、初级处理和二级处理、深度处理四个步骤，处理的任务是采用各种方法和技术措施,将污水中所含有的各种形态的污染物分离出来或将其分解、转化为无害和稳定的物质，使污水得到净化。目前国内80％的焦化厂普遍采用的是以传统生物脱氮处理为核心的工艺流程，分为预处理、生化处理以及深度处理。预处理主要采用物理化学方法，如除油、蒸氨、萃取脱酚等;生化处理工艺主要为A/O、A2/O 等工艺；A深度处理主要工艺有活性炭吸附法、活性炭-生物膜法及氧化塘法。在欧洲焦化污水处理普遍的工艺为先去除悬浮物和油类污染物质，然后利用蒸氨法去除氨氮,再采用生物氧化法去除酚硫氰化物和硫代硫酸盐。在某些情况下还对污水做排放前的最后深度处理。在美国炼焦厂的污水处理工艺为：脱焦油—蒸氨工艺—活性污泥法及污泥脱水系统。综合看起来,目前的处理技术,按其作用原理和去除的对象可分为物理化学法、化学法、生物法等。物化法主要有吸附法、化学沉淀法、混凝沉淀法、Fenton试剂法、A/O、A2/O及其他组合工艺，SBR工艺、吸附法等。化学法主要有催化湿式氧化法，电化学氧化法，光催化氧化法等。生物法主要有普通活性污泥法、序批式活

性污泥法(SBR)、生物膜法等。

目前达到国家排放标准，但还存在的以下问题：1.净化工艺中产生的焦化废水水量大，清污分流不好，污水处理装置负荷过重，造成水处理效果差，甚至有些污水未经处理直接排放；2.治理后的废水COD不能达标；3.处理后的废水中NH3一N不能达标。脱氮投资高,占地面积较大、运行费用也较高。因此专家在不断的研究，在A/O法的基础上出现A/O2法,A2/O2法等；并且对这些方法运用的设计要求作出了总结。为了降低成本，采用了粉煤灰- 生石灰组合工艺除氨氮；采用豆瓣菜、对枝轮藻、脆弱刚毛藻、范草、红寥、芦苇等六种水生植物对焦化废水的净化和修复；不断寻求新的技术和材料,比如催化氧化偶合絮凝技术、超临界水氧化法(SCWO)、新型生物填料；其中气相色谱技术也用于检测焦化废水处理的程度；此外还将焦化废水制成水煤浆,实现了能源综合利用的原则。

焦化工业的发展过程大体经历三个阶段：第一个阶段是资源－产品－污染排放的单向线性开，放式经济过程，该阶段基本上对环境问题没有重视；第二阶段是过程末端治理阶段，该阶段开始注意环境问题，主要在在生产过程的末端治理污染；第三个阶段是资源产品再生资源的闭环反馈式循环过程，倡导循环经济模式我国焦化工业的发展正处于由第二个发展阶段末向第三个阶段过度的阶段，焦化废水处理需要通过改进焦化废水工艺流程焦化生产工艺来完善，特别在熄焦方面利用干法熄焦来减少污水产生，节约水资源。总之焦化废水综合处理是我们研究的重点。

基于考虑可行性、经济性等原则，采用A2/O法。A2/O是厌氧－缺氧－好氧生物脱氮除磷工艺的简称，其工艺的特点：(1)厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷功能；(2)在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺。(3)在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀。A2/O工艺将反硝化段设置在系统的前面，因此又

称为前置式反硝化生物脱氮系统，是目前较为广泛采用的一种生物脱氮工艺。反硝化反应以污水中的有机物为碳源，曝气混合液中含有大量硝酸盐，通过内循环回流到缺氧池中，在缺氧池中进行反硝化脱氮。选择A2/O工艺处理焦化污水，厌氧段能较好地对废水水解酸化（水解酸化促使焦化废水可生化性提高），在脱氮、除毒方面的能力要明显高于A/O 法、SBR法以及CASS氧化沟等方法。