焦化废水水质组成及其环境学与生物学特性分析

2 材料与方法 (M aterials and methods)
2. 1 废水来源及采样方法 广东韶钢集团的焦炭产能为 106 t·a- 1 ,废水处
理量为 2000m3·d- 1 ,采用本课题组自行研制的新型 结构生物流化床实现 A /O1 /O2组合的核心工艺 ,主 要流程为除油 、脱氨 、厌氧流化床 、两级好氧流化床 及过滤池 ,各反应单元的体积及水力停留时间如表 1所示. 废水采自韶钢焦化厂酚氰废水处理站进水 口和出水口 ,采样时间分别为 2005 年 10 月 、2006 年 2月、2006年 6月及 2006年 8月每月中连续 3天 ,
第 27 卷第 7 期 2007年 7月
环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circum stantiae
Vol. 27, No. 7 Jul. , 2007
任源 ,韦朝海 ,吴超飞 ,等. 2007. 焦化废水水质组成及其环境学与生物学特性分析 [ J ]. 环境科学学报 , 27 (7) : 1094 - 1100 Ren Y, W ei C H, WU C F, et al. 2007. Environmental and biological characteristics of coking wastewater[ J ]. Acta Scientiae Circum stantiae, 27 ( 7 ) : 1094 - 1100
表 1 各反应单元设计体积及实际水力停留时间 Table 1 Volume and HRT of different reaction pools
工艺名称
除油 脱氨 厌氧 一级好氧 二级好氧 滤池 清水池 合计
体积 /m3
588 640 2280 882 882 450 225
HRT / h
7. 5 7 24 9 9 5
பைடு நூலகம்
1095
烟尘 、煤尘 、飞灰 、粗煤气 、硫化物 、氮氧化物 、CO、 CO2 ;其二为粗煤气冷却过程中产生的剩余氨水和 化产回收过程中产生的废水 ,其中含氨氮 、酚 、氰 、 苯可溶物 、多环芳烃等污染物 (Laube et a l. , 1976;
O lthof et a l. , 1982; Zw ikl et a l. , 1983; Pandey et a l. , 1989; Fisher, 1992; 国 家 环 保 总 局 , 2003; Lungen et a l. , 2005 ). 2005 年 炼 焦 行 业 COD 排 放 总 量 约 12. 5 ×104 t, 占 全 国 工 业 废 水 COD 排 放 总 量 的 215%左右 ;氨氮排放量约 1. 9 ×104 t,占全国工业废 水氨氮排放总量的 4. 6%左右 ;外排石油类污染物 约 2065. 5 t,约占全国工业石油类污染物排放总量的 8. 5% (国家发改委 , 2006 ). 由于历史及技术的原 因 ,以往的研究比较关注焦化废水中的高含量有机 污染物及无机物中的氨氮 、CN - 、S2 - 等 , 对金属成 分 、离子组分及微量的有机组分几乎没有涉及 ,不 能从水质污染行为及排放后对水体危害的环境学 特性 、治理效率及构成水环境安全的生物特性等方 面进行理论分析 ,从而影响了高效 、稳定及出水水 质安全的焦化废水处理技术体系的建立. 针对上述 问题 ,本文通过对焦化废水进行水质全分析 ,建立 水质污染学与环境学 、生物学特性之间的关系 ,旨 在为建立有毒 /难降解工业有机废水处理生态技术 提供一种新的思考方法.
文章编号 : 025322468 (2007) 0721094207 中图分类号 : X703 文献标识码 : A
Env ironm en ta l and b iolog ica l character istics of cok ing wa stewa ter
REN Yuan1 , W E I Chaohai1, 3 , WU Chaofei1 , L I Guobao2
Abstract: The comp licated nature of coking wastewater is an obstruction to satisfying the all2around W ater Quality Standard and is harmful to the environment. COD , BOD , color, ammonia nitrogen, volatile phenol, cyanide, anions, cations, heavy metals and organic compounds of a coke p lant wastewater were analyzed by ion chromatography, ICP /MS, GC /MS and other regulatory methods of analysis. The constituents were evaluated from environmental and biological perspectives. COD , ammonia nitrogen, volatile phenol, cyanide, sulphide, fluoride and oil are harmful, especially the organics. Phenols, polycyclic aromatic hydrocarbons and heterocyclic compounds all exist in the coking wastewater and m 2cresol, long chain alkanes, benzene series compounds, esters, alcohols, halogenated hydrocarbons, and am ines could be detected in the outflow from the filter tank. The accumulated heavy metals like Cr, Cd, Hg, A s, N i and Pb are safe to the water environment. The Na +∶K + ratio did not match the op timum value of metabolism , so K + and PO34 - must be p rovided to maintain ATPase activity. The treatment of toxic compounds which are difficult to biodegrade should consider the pollutants p resent, app rop riate technologies and ecological security. Keywords: coking wastewater; water quality; water treatment; environmental and biological characteristics
1 引言 ( Introduction) 全国目前焦化生产企业有 1300多家 ,机焦总生
产能力约 3 ×108 t1) . 焦化生产过程中排入环境的污 染物分 2个阶段 ,其一是煤在干馏 、结焦等化学加工 转化过程中流失于大气和土壤中的有害物质 ,包括
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (No. 50278036) Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 50278036) 作者简介 : 任源 (1970—) ,女 ,副教授 (博士 ) , E2mail: ceyren@ scut. edu. cn, Tel: 020 - 87112073; 3 通讯作者 (责任作者 ) , E2mail: cechwei@ scut. edu. cn, Tel( Fax) : 020 - 87112874 B iography: REN Yuan ( 1970—) , female, associate p rofessor( Ph. D. ) , E2mail: ceyren@ scut. edu. cn; 3 Correspond ing author, E2mail: cechwei @ scut. edu. cn, Tel( Fax) : 020 - 87112874
焦化废水水质组成及其环境学与生物学特性分析
任源 1 ,韦朝海 1, 3 ,吴超飞 1 ,李国保 2
1. 华南理工大学环境科学与工程学院 ,广州 510640 2. 广东省韶关钢铁集团有限公司焦化厂 ,韶关 512123 收稿日期 : 2006211201 录用日期 : 2007205217
摘要 :焦化废水水质的复杂性及对环境 、生态影响的不确定性制约了处理水质的全面达标 ,且可能对后续水体造成危害. 为了解焦化废水的基 本物化性质 、环境学特性及生物学特性 ,采用离子色谱 、ICP /MS、GC /MS等分析手段研究了广东韶关焦化厂废水的 COD、BOD、色度 、氨氮 、主要 阴阳离子 、金属成分及有机物组成等 ,评价了该焦化废水组分的可处理性及环境危害性 ,分析了焦化废水生物处理过程及可能存在的惰性有机 污染物. 结果表明 ,焦化废水构成环境危害的主要组分有 COD、氨氮 、挥发酚 、氰化物 、硫化物 、氟化物及油份等 ,重点是有机污染物 ;第一类污 染物在原水及外排水中的浓度是安全的 ;焦化废水中以酚为代表的有机物及多环 、杂环化合物在水中广泛存在 ,经处理后仍有间甲酚 、长链烷 烃 、苯系物 、酯类 、醇类 、卤代烃及胺类等进入环境 ;造成焦化废水处理效率不高的原因是各组分之间的不协调而难以维持生物系统的正常 ATP 酶活 ,富氮缺磷 ,氨的生物毒害 ,毒性有机物对生物的抑制 , Na + / K +比例失衡等. 因此 ,有毒 /难降解焦化废水的处理技术须综合考虑污染物 的组成 、合理的工艺及排放水的生态安全性. 关键词 :焦化废水 ;水质 ;水处理 ;环境学 ;生物学
1)发改委负责人就加快焦化行业结构调整答记者问 [ OL ]. 2006. 04. 27 14: 22: 46, http: / /www. chinanews. com. cn / / news/2006 /2006204227 /8 / 723505. shtm l
7期
任源等 :焦化废水水质组成及其环境学与生物学特性分析
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每天早 、中 、晚 3次采样 ,等比例混合水样后以分析 结果的平均值作为监测报告数据. 2. 2 仪器设备名称及生产厂家
M S23型 COD 微波消解仪 (国家环保局华南环 科所 ) ; inoLab Oxi Level2 BOD 仪及 Stirr OxG自搅拌 BOD 电极 (德国 W TW 公司 ) ; PHJDS2107D 红外分 光光度计 (吉林市北光分析仪器厂 ) ; ICS21000型离 子色 谱 仪 (美 国 D ionex 公 司 ) ; TOC 仪 (美 国 O I Analytical 公 司 ) ; QP2 2010 型 GC /M S (日 本 SH IMADZU ) ; 7500a型 ICP2M S (美国 Agilent公司 ) ; 752型紫外可见光分光光度计 (上海光谱仪器有限 公司 ) ; DDS211A 电导率仪 (上海雷磁仪器厂 ) ; pH 2 3C型数字 pH 计 (上海雷磁仪器厂 ) ; HACH 2100P 便携式浊度计. 2. 3 分析方法 2. 3. 1 样品分析前处理方法及仪器条件 经简单 沉降粗滤后 ,澄清样品置冰箱保存并尽快分析各项 监测指标. 离子色谱法仪器条件 : 以 11. 0mmol·L - 1 硫酸 为 淋 洗 液 , 流 速 为 1. 00mL·m in- 1 , 柱 温 为 35℃. 测试前水样经超滤 、去除有机物然后稀释 100 倍进样. 焦化废水萃取方法 :取水样 100mL ,调 pH ≤ 3,用 5mL 三氯甲烷萃取 3次 ;萃余相调 pH ≥11,再 用 5mL 三氯甲烷萃取 3 次. 将酸萃相与碱萃相混 合 ,加入适量无水 NaSO4 ,有机相经旋转蒸发器浓 缩 、高 纯氮 气吹 扫至 干 , 加 2mL 丙 酮作 溶剂进 行 GC /M S分析. 色谱分析条件 :色谱柱为 DB 25 (30m × 0. 25mm ×0. 25μm ) ,升温程序 : 40℃保持 5m in,从 10℃·m in - 1 的 速 度 升 至 150℃保 持 2m in, 再 以 5 ℃·m in- 1的速度升至 280℃保持 3m in,进样量 1μL , 分流比为 1∶10. ICP /MS分析前样品经硝酸消解 ,高 频发生器输出功率为 1. 35kW ,反射功率 < 5W ,采样 深度为 6. 8mm ,溶液提升量为 1. 0 mL·m in- 1 ,雾化 器为 Babinton,氩气流量 :辅助气 1. 0L·m in- 1 ,等离 子气 15L·m in- 1 ,载气 1. 0L·m in- 1 ; 扫描方式为跳 峰 ,每峰测量点为 3点. 2. 3. 2 水样分析测试方法 CODCr、BOD5 、pH、SS、 挥发酚 、氰化物 、S2 - 、油份 、色度 、气味 、浊度 、温度 、 电导率 、氧化还原电位均参照《水和废水监测分析 方法 》测定 (国家环保局 , 2002 ) ; TOC 采用 TOC 仪 法 测 定. NH4+ 2N、K+ 、N a+ 、Ca2 + 、M g2 + 、F- 、C l- 、 B r- 、I- 、NO2- 、NO3- 、SO24 - 、PO34 - 采用离子色谱法测 定 ;第一类污染物及其它金属离子采用 ICP /M S法 测定 ;有机物采用 GC /M S法测定.
1. College of Environmental Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640 2. Coke Plant of Shaoguan Iron & Steel Co. LTD. , Shaoguan 512123 Rece ived 1 November 2006; accepted 17 May 2007