处理焦化废水 煤化学 环境工程 毕业设计

第1页共50页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BODCOD挥发酚氰化物氨氮悬浮物含量mg/L12030090020050250Ⅰ级标准201000.50.51570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第2页共50页理后外排。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)蒸氨法第3页共50页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)催化铁内电解方法第4页共50页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法存在的系统在运行过程中产生大量的剩余污泥，易出现污泥膨胀，出水固体，出水水质不理想等突出的问题[16]。与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点：固液分离率高、出水水质好、处理效率高、占地空间小、运行管理简单、应用范围广。现在膜生物反应器的处理对象也由原来的城市生活污水，逐渐扩大到各种工业废水，发展前景广阔。第5页共50页(4)生物铁法生物铁法是在曝气池中投加铁盐，以提高曝气池活性污泥浓度为主，充分发挥生物氧化和生物絮凝作用的强化生物处理方法[17]。由于铁离子不仅是微生物生长必需的微量元素，而且对生物的黏液分泌也有刺激作用。铁盐在水中生成氢氧化物与活性污泥形成絮凝物共同作用，使吸附和絮凝作用更有效地进行，从而有利于有机物富集在菌胶团的周围，加速生物降解作用。该法大大提高了污泥浓度，由传统活性污泥法2-4g/L提高到9-10g/L，降解酚、氰化物的能力也大大加强。当氰化物的浓度高达40mg/L条件下，仍可取得良好的处理效果。对COD的降解效果也较传统方法好。(5)炭-生物法目前，国内一些焦化厂生化处理装置由于超负荷运行或其他原因，处理后的水质不能达标，炭-生物法是在传统的生物法的基础上再加一段活性炭生物吸附、过滤处理。该工艺简便、操作方便、设备少、投资低[18]。由于活性炭不必频繁再生，故可减少处理费用对于已有生物处理装置处理后水质不符合排放标准的处理厂，采用炭-生物法进一步处理以提高废水净化程度也是一项有效的方法。(6)A-O与A-A-O工艺目前国内主要采用A-O(缺氧-好氧)与A-A-O(厌氧-缺氧-好氧)工艺及其变型脱氮工艺进行焦化废水的脱氮处理，脱氮效果较好。实验表明：A-O工艺在NH3-N去除和反硝化方面均优于A-O工艺，特别是反硝化率方面A-A-O工艺是A-O工艺的两倍。(7)三相气提升循环流化床处理焦化废水实验研究证明用三相气提升循环流化床反应器(AZLR)处理焦化废水，比活性污泥法处理效果好[19]。该方法对于酚、氰等污染物有良好的耐受力，去除效果好，可有效降低曝气能耗。2设计说明第6页共50页2.1设计资料2.1.1工艺参数(1)工程规模：焦化洗涤废水流量为25000m3/d。(2)水源资料：表2.1焦化废水各组分基本含量污染物BODCOD挥发酚氰化物氨氮悬浮物含量mg/L12030090020050250(3)出水要求：出水水质要求达到《污水综合排放标准》（一级，GB8978-1996）的污水处理工艺设计。即:表2.2焦化废水各组分排放标准污染物BODCOD挥发酚氰化物氨氮悬浮物Ⅰ级标准mg/L201000.50.515702.1.2具体工作内容(1)合理选择污水处理工艺流程。(2)完成主要污水处理构筑物设计计算。(3)绘制污水处理系统工艺流程图。(4)绘制污水处理系统主要构筑物设计图。(5)整理设计说明书一份，内容包括主要处理构筑物等的设计计算。2.2污水处理工艺流程的设计2.2.1工艺设计原则确定处理工艺的依据有以下几点：(1)污水处理程度。(2)处理规模和污水水质质量变化规律。(3)新工艺及类似污水工程资料。(4)污泥处理的工艺。污水处理的程度：确定污水处理程度主要需要考虑收纳水的功能，水环境质量要求，污染状况和自静能力，处理后的污水是否回用等因素。处理规模和污水水质和水量变化规律：污水处理规模也是影响工艺选择的重要因素。某些处理工艺，如完全混合曝气池，塔式生物滤池和竖流沉淀池只适用水量不大的小型污水处理厂，因此处理方案也要处理规模调整。新工艺及类似污水工程资料：采用先进技术，应做到技术上先进可靠，经济上第7页共50页高效节能。对于采用新工艺，新技术的设计，应对其设计参数和技术经济指标作精心选择。污泥处理工艺：污泥处理工艺作为污水处理系统方案的一部分，决定于污泥的性质与污泥的出路（农用，填埋，排海等）。污水处理构筑物排出的剩余污泥性质的不同，对选用污泥处理工艺有较大的影响[20]。2.2.2工艺流程的设计由于本设计为焦化洗涤废水处理设计，考虑的焦化废水本身的特点及流量。考虑本设计的实际情况，要达到国家一级排放标准，本设计采用具有良好去除有机物、氨氮等的氧化沟法。工艺流程为：出水消毒池污泥外运进水剩余污泥污泥回流沉沙外运鼓风机房脱水机房污泥浓缩池污泥回流泵房二沉池奥贝尔氧化沟曝气沉沙池细格栅进水泵房粗格栅图2.1焦化废水工艺设计流程图2.3氧化沟工艺简介2.3.1氧化沟基本特点氧化沟工艺是活性污泥法的一种变形工艺，属于延时曝气的活性