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冶金工业焦化废水处理运用

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摘要:主要介绍焦化废水的来源、水质特征及处理难点,并以天津天铁中试实验为例对臭氧催化氧化技术的应用进行了分析讨论,由此提出了焦化废水的发展趋势和展望。

关键词:焦化废水;臭氧催化氧化;发展趋势

1引言

近年来,随着环境形势的愈演愈烈以及能源消耗的增大,人们开始广泛关注低碳经济发展模式。在冶金工业中,钢铁工业废水的治理成了重中之重[1]。在中国,钢铁业的规模及发展势头不但已受到世界瞩目,作为高能耗、多排放的行业在全球低碳经济所倡导的节能减排工作中承担着重大的责任[2]。钢铁行业焦化废水的处理,一直是国内外废水处理的难题。由于其生产工艺和生产方式的不同,导致焦化废水不但成分复杂,还含有大量的酚、氰、苯、氨氮等有毒有害及难降解的物质,且污染物色度较高[3]。现阶段,焦化废水造成的污染越来越严重,是工业废水排放中一个突出的环境问题。本文针对冶金工业焦化废水的来源、特点以及处理方法等进行介绍。

2焦化废水的产生及特点

2.1焦化废水的产生

焦化废水主要来源于炼焦、煤气在高温干馏、净化及副产品回收过程中,产生含有挥发酚、多环芳烃及氧、硫、氮等杂环化合物的工业废水,是一种难降解的有机废水[4]。焦化废水中通常含有高浓度的酚、氰化物、硫氰化物和氨氮,同时,还存在着不易生物降解的油类、吲哚、喹啉等杂环有机化合物[5]。其主要由以下几个方面构成:一是剩余氨水,是在煤干馏及煤气冷却中产生出来的废水;二是煤气净化过程中产生的废水,例如煤气终冷水和粗苯分离水等;三是焦油加工、粗苯等精制过程中产生的焦油分离等废水;四是焦炉烟气脱硫过程中所产生的脱硫废液以及其他场合产生的废水。其中,剩余氨水约占废水总量的二分之一,这也是氨氮的主要来源[6]。

2.2焦化废水水质特征及处理难点

核磁共振色谱图中显示:焦化废水中不仅含有有机物,还含有数十种无机物。无机化合物一般以铵盐的形式存在,例如(NH4)2CO3、NH4HCO3、NH4CN等。有机物以酚类化合物为主,占总有机物的85%左右,主要有苯酚、邻甲酚、对甲酚及其同系物[7]。在焦化废水有机物组成中,大部分酚类、苯类化合物在好氧条件下较易生物降解,而吡咯、呋喃、萘、噻吩在厌氧条件下可缓慢生物降解,联苯类、吲哚、喹啉类则难以生物降解[8]。这些难以生物降解的杂环化合物和多环芳香化合物,其性质不但不稳定,而且也难以生物降解,数据显示,其通常都具有致癌和致基因突变的作用,对人类和环境都有很大危害[8]。因此,焦化废水的处理一直是工业废水处理的难点,同时也对有效治理和保护环境有着非常重要的意义。

3焦化废水处理及利用的方法

3.1臭氧催化氧化技术

传统工艺下,焦化废水处理技术通常有物理化学法、化学方法和生化方法[9]。许多文献已经对此类技术进行了详细的介绍和论证,目前已应用或报道的方法都存在着运行成本高稳定性差、二次污染等问题。然而近年来,臭氧催化氧化技术与生化处理相结合在焦化废水深度处理中的应用得到了广泛的认同。本文针对臭氧技术的应用条件和范围进行论述。臭氧催化氧化技术主要是在中性条件下,对污水进行的深度处理。使用少量臭氧作为氧化剂,将难降解有机物选择性氧化分解,使处理后的废水COD、色度、苯并芘等指标达到国家外排标准,氧化剂利用率高达95%以上,效果甚好。然而此技术应用的范围是有限制的,想要达到好的效果,前序的生化处理工艺显得尤为重要[10]。

3.2天津天铁中试实验数据及说明

为了解决天铁炼焦化工有限公司焦化废水出水超标问题,于2015年进行实验,致力于研究臭氧催化氧化技术的应用,使焦化废水能达到国家排放标准。本实验分别取了生化进水、二沉池进水、改进后二沉池出水以及改进后混凝出水四个水样。

3.3生物强化处理的改进

通常污水处理采用A2O等工艺就行生物脱氮,但由于焦化废水水质的特殊性,我们应在传统工艺基础上加以改进。在前期加入水解酸化,将部分难降解的有机物水解为相对容易生物降解的有机物,同时利用相对容易降解有机物共代谢厌氧转化难降解有机物。在氧化阶段,也应当有所改进,可以通过将碳氧化和氨氧化分级并使用生物反应-分离一体式反应器,减少了异养菌和自养菌的竞争抑制作用,同时大幅度提高碳氧化菌和氨氧化菌在反应器中的含量,从表1中可看出,改进后的二沉池出水效果较好,达到了200mg/L以下的理想值,经过臭氧催化氧化COD基本可达到80mg/L以下。由此提高前期处理工艺,以保证后期工艺处理效果。4焦化废水发展展望随着工业的迅猛发展,冶金工业废水的种类和数量日益增加,对水体造成的污染也日趋严重和广泛,更是威胁了人类的生命安全和健康[11]。在环境治理方面,工业废水的治理比市政污水的处理更为重要。早在19世纪末,工业废水就已经受到国外的关注,并且在随后的半个世纪里,各国进行了大量的试验研究和生产实践[12]。可是由于冶金工业废水的复杂性,成分及性质的多变性,因此至今仍有一些世界性的难题没有完全得到解决[13]。中国由于起步晚,为了能跟上现阶段中国经济的发展需要,寻求新型高效且可靠的工业废水处理工艺更是迫在眉睫,认真钻研及攻克难关才是切实可行的道路[14]。

参考文献

[1]徐匡迪.钢铁工业的循环经济与自主创新[R].山东冶金,2006(28):1-3.

[2]钱小青,葛丽英,赵由才.冶金过程废水处理与利用[M].北京:冶金工业出版社,2008.

[3]赵玲,吴梅.混凝澄清在焦化废水处理中的应用[J].冶金动力,2003,Vol.29(3).

[4]刘小澜,王继徽,黄稳水,刘大鹏,蒋谦.化学沉淀法去除焦化废水中的氨氮[J].化工环保,2004,Vol.24(1).

[5]左晨燕,何苗等.Fenton氧化/混凝协同处理焦化废水生物出水的研究[J].环境科学,2006,Vol.27(11).

[6]刘红,刘潘.多相光催化氧化处理焦化废水的研究[J].环境科学与技术,2006,Vol.29(2).

[7]朱静,李天祥,曾祥钦等.纳米二氧化钛光催化氧化焦化废水的研究[J].煤炭转化,2005,Vol.28(2).

[8]王强,李捍东,田禹,等.电化学降解含酚焦化废水的研究[J].科技情报开发与经济,2005,Vol.15(3).

[9]马平.焦化废水处理技术[J].重庆大学化学与化工学院.2005(10):2-3.

[10]葛文准.焦化废水生物处理技术研究[J].上海环境科学,1992(4).

[11]戎照模.焦化厂的废水处理[J].化工给水排水设计,1986(3).

[12]张铭.含酚工业废水处理的探讨[J].环境保护科学,1999,Vol.2(25).

[13]春敏.焦化废水处理技术及其发展趋势[J].内蒙古石油化工.2006.

[14]蔡荣华,高春娟,张家凯,黄西平.冶金废水资源及其利用[J].盐业与化工,2013,Vol.42(6).

作者:福鑫1;周飒2 单位:1:北京中冶设备研究设计总院有限公司,2:陕西宇阳石油科技工程有限公司

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