环境工程专业之处理焦化废水毕业设计

1绪论

1.1选题背景

焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水。焦化废水主要包括煤气的初冷阶段煤气冷凝水、煤气终冷水、煤气洗涤水和煤气发生站的煤气洗涤水、精苯分离水、气柜废水、焦炉水封水及其它场合产生的污水[1]。焦化废水主要污染物质有：COD、BOD、氰化物、氨氮、悬浮物、苯酚及苯系化合物等，焦化废水其中各组分基本含量及排放标准见表1.1所示。

表1.1焦化废水各组分基本含量及排放标准

污染物BOD COD 挥发酚氰化物氨氮悬浮物

含量mg/L120 300 900 200 50 250

Ⅰ级标准20 100 0.5 0.5 15 70

由表1.1可见，焦化废水成分多，组分复杂、浓度高、毒性大、难降解。废水中含有数十种无机和有机化合物，其中无机化合物主要是大量铵盐、硫、硫化物、氰化物等；有机化合物除酚外，还有联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物[2]。污染物色度高，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。焦化废水中COD，NH3-N 和挥发酚等污染物浓度高，这些污染物会对人类、水产及农作物都有极大危害。1.2处理焦化废水目的及意义

当前，全球都面临着水资源短缺、水质恶化的严峻形势，水污染问题成为当今世界面临的重要环境问题之一。我国人均水资源占有量仅为0.24万m3，只有世界上人均占有量的1/4，属世界十二个贫水国家之一[3]，所以加强对新污染源的控制，改善老污染源处理条件，才能从根本上改变我国水质恶化的现状。

焦化废水的处理一直是国内外污水处理领域的一大难题，几十年来尚未出现突破性的研究成果。废水中污染物组成复杂，含有挥发酚、多环芳烃和氧硫氮等杂环化合物，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。目前，焦化废水一般要经过预处理、二级处理和深度处理后才可能达标排放。焦化废水的预处理技术有[4]：厌氧酸化法、气浮法、混凝沉淀法等；二级处理方法很多，有生物化学法、物理法、化学法、以及物理-化学法等；焦化废水深度处理技术有化学氧化法、折点氯化法、絮凝沉淀辅以加氯法、吸附过滤辅以离子交换法等。但目前最常用的方法是焦化废水经隔油池、二级气浮池除油后进行多段曝气生物处理，再经氧化塘或吸附法深度处

理后外排。

1.3焦化废水的处理方法

目前，焦化废水的处理方法主要有物化法、生化法、物化-生化法等，以下将对几种方法进行比对分析。

1.3.1物化法

(1)吸附法

吸附法处理废水，就是利用多孔性吸附剂吸附废水中的一种或几种溶质，使废水得到净化。常用吸附剂有活性炭、磺化煤、矿渣、硅藻土等[5]。该法操作简单，工艺流程短，适合处理排放量较小的废水。其缺点是吸附剂的吸附效果不太好，用量大，更换劳动强度大，处理后产生大量废渣。

(2)化学沉淀法

化学沉淀法是将要去除的离子变为难溶的、难解离的化合物的过程。化学沉淀法的处理对象主要是重金属离子、两性元素、碱土金属及某些非金属元素。该方法加入沉淀剂的同时，容易引入新的污染成分，并且对于大部分有物污染物无能为力，通常作为辅助处理方法。

(3)混凝沉淀法

混凝法是向废水中加入混凝剂并使之水解产生水合配离子及氢氧化物胶体，中和废水中某些物质表面所带的电荷，使这些带电物质发生凝集。混凝法的关键在于混凝剂，目前国内焦化厂家一般采用聚合硫酸铁(PFS)，助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)[6]。近年来，新型复合混凝剂在焦化废水的处理中的应用得到广泛的研究，例如开发的聚硅酸盐即是一类新型无机高分子复合絮凝剂，是在聚硅酸(即活化硅酸)及传统的铝盐、铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合产物[7]。混凝法是目前应用较多的方法，成本低，效果明显，但是尚不能彻底处理焦化废水。

(4)Fenton试剂法

Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂，由于H2O2与Fe2+作用能产生氧化能力很强的·OH自由基[8,9]，其组合能氧化焦化废水中多种有机物[10]，在处理难生物降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水时，具有反应迅速、温度和压力等反应条件缓和且无二次污染等优点[11]。

(5)蒸氨法

焦化废水中氨氮主要来源于熄焦水和剩余氨水，蒸氨法就是通过蒸汽加热焦化废水，使废水中氨氮挥发后收集，可大大降低水中氨的浓度。该法能够回收部分氨气，其不足之处是蒸汽用量大，能耗高，蒸氨后剩余氨水仍高达300mg/L，不能满足排放标准，后工序往往采用生化处理。

(6)焚烧法

焚烧法处理焦化废水是采用高温焚烧方式使焦化废水变成CO2和水蒸气，及少许无机物灰分。该法有助于对焦化废水有多数难降解的物质进行彻底消除，COD 去除率高达99.5%。缺点是焚烧过程需要喷洒燃油，设备投资及运行成本高，随着油价上涨，国家不提倡采用焚烧法治理焦化废水。

(7)膜分离法

膜分离法是利用特殊的半渗透膜分离水中离子和分子的技术，主要包括反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF)等[12]。液膜法除酚技术在我国发展较快，是一项快速、高效、节能的新型分离技术。膜分离法处理焦化废水主要问题是由于焦化废水粘度高，而导致清液通量小，不适合大批量处理，膜组件更换频繁，处理成本较高。

(8)萃取法

萃取法是采用液膜分离技术使废水中酚类物质或者有机物质，由废水体系转移至液膜中，从而达到浓缩废水中污染成分的目的[5]。该法思路新颖，除酚效果良好，但目前还没有相关工业化方面的报道。

(9)催化湿式氧化法

催化湿式氧化技术是在高温、高压状况下，在催化作用下，使用空气将废水中的氨氮和有机污染物氧化最终转化成无害物质N2和CO2排放[13]。该技术始于20世纪70年代特别适用于农药、染料、橡胶、合成纤维及难于生物降解的高浓度废水。

(10)粉煤灰处理焦化废水

粉煤灰的主要成分是SiO2，Al2SO3，NaA1Si04等，将粉煤灰作为吸附剂深度处理焦化废水，脱色效果好，COD、挥发酚去除率高，可对焦化废水进行深度处理[14]。

(11)催化铁内电解方法

该方法主要对焦化废水中存在的难降解物质、生化反应抑制物质以及染料和化工废水中存在的显色物质，利用单质铁催化还原，从而使其转化为无色、可生化降解的物质，在此过程中产生的新生态铁离子混凝去除部分污染物[15]。该方法还可以去除水中的重金属、磷酸根，有效地解决了废水处理中的许多难题。该方法反应速率快，作用有机污染物质范围广，适用pH范围宽，运行成本极低，运行管理方便，COD的去除率较高。

1.3.2生化法

(1)普通活性污泥法

活性污泥法即将焦化废水与活性污泥混合一起进入曝气池，成为悬浮混合液，沿曝气池注入空气曝气，使污水与活性污泥充分接触，并供给混合液足够的溶解氧。这时污水中的有机物被活性污泥中的好氧微生物分解，然后混合液进入二次沉淀池，活性污泥与水澄清分离，部分活性污泥再回流到曝气池中，继续进行净化过程，澄清水则溢流排放。由于在整个过程中活性污泥在不断增长，部分剩余污泥从系统中排出，以维持系统的稳定。

(2)序批式活性污泥法(SBR)

SBR工艺是集生物降解和脱氮除磷集于一体的新技术，它结构形式简单，运行方式灵活多变，是一种间歇运行的废水处理工艺，SBR反应池生化反应能力强，处理效果好，用它来处理焦化废水NH3-N的去除率为60%。缺点是传统SBR法对焦化废水降解效率不够高。目前，SBR技术从生活污水到工业废水等各领域都得到了广泛应用。

(3)膜生物反应器(MBR)

MBR是将膜技术应用于废水处理系统，提高了泥水分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速率。同时通过降低F/M减少剩余污泥产生量，从而基本解决了传统活性污泥