钢渣过滤深度处理焦化废水研究石秀旺

2010年第9期广东化工第37卷总第209期·115·钢渣过滤深度处理焦化废水研究石秀旺，邵建安(江苏核工业格林水处理有限责任公司，江苏南京210000)[摘要]利用钢渣过滤深度处理经生化处理过的焦化废水，钢渣能够吸附废水中的部分难生化降解的大分子有机物，降低废水的色度。考察流速和pH对吸附处理效果的影响，流速小时，吸附效果好，且pH偏碱性时吸附效果好。实验结果显示对颜色度(VIS380)和COD均有较为明显的去除能力。[关键词]钢渣；吸附；焦化废水；深度处理[中图分类号]X5[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2010)09-0115-03TertiaryTreatmentofCokingWastewaterbySteelSlagFilterShiXiuwang,ShaoJianan(JiangsuGreenWaterTreatmentCo.,Ltd.,Nanjing210000,China)Abstract:AfilterwithsteelslagwasappliedtotheTertiarytreatmentofcokingwastewater.Refractoryorganicswasremovedbyadsorption.WhenthevelocityofflowwaslowerandpH=9,theremovalefficiencycouldbeimproved.TheexperimentalresultdemonstrateedthatcolorandCODwasremovedapparently.Keywords:steelslag；adsorption；cokingwastewater；tertiarytreatment目前，国内焦化废水处理一般包括一级物化处理和生化处理。废水经过厌氧、好氧等生化处理过程后，残余的有机物结构复杂，微生物难以再降解，导致生化系统出水的COD和色度超标。所以焦化废水一般都需要进行深度处理，深度处理方法一般有采用化学氧化法、混凝法和吸附法。化学氧化法一次投资和运行费用均较高，应用难度较大；混凝法深度处理除了一些专用混凝剂外[1]，其他混凝剂对色度和COD的去除效果较差。吸附法可以通过吸附剂特有的结构吸附去除废水中的一些显色有机物，目前研究最多的吸附剂为活性炭，但是活性炭再生困难，导致成本较高，难以推广。所以寻找廉价、易得的吸附材料是废水深度处理中最急需解决的问题。钢渣是炼钢过程中产生的一种固体废物，经高温煅烧后的钢渣，其主要成分为CaO、MgO、FeO、Fe2O3、SiO2、P2O5、Al2O3、MnO等，具有微小孔隙和较大的比表面积，有一定的吸附能力。钢渣用来处理含重金属离子废水的研究较多，谢复清等人采用钢渣吸附处理染料废水[2-3]，也取得了良好的效果。钢铁企业中大部分投有焦化厂，产生大量的焦化废水。所以本实验就是探讨钢渣在焦化废水深度处理中应用的可行性，达到以废治废的目的。1实验部分1.1实验材料及其组成实验所用的钢渣来自广西某钢铁厂，经破碎后置于烘箱120℃烘干，用200目筛子过筛，筛余物装入过滤装置待用。钢渣的组成成分如表1。表1钢渣成分Tab.1Slagcompositiontable%成分CaOFeOTFeAl2O3SiO2其他含量48.214.121.45.813.211.4实验用水来自该钢铁厂焦化废水处理站的二沉池，所采用的生化处理工艺流程为AO。二沉池水质如表2。表2二沉池出水水质Tab.2Effluentwater’squalityofsecondarysettlingtank指标pHCODNH3-NTP酚CN-色度VIS380浓度7.121690.210.170.0240.261000.414注：色度单位为倍，浓度单位均为mg·L-1。从表2可以看出，经过生化系统处理后，出水NH3-N、酚等物质含量低，达到排放要求，而COD和色度两个指标超标，VIS380值较高。本实验的目的就是通过钢渣过滤有效去除废水中色度和COD。1.2实验装置与实验方法在过滤器中装填50mL筛余钢渣，高位水箱装有实验用废水，水经过过滤器，后流入蓄水器，过滤流速通过阀门控制。每过滤500mL废水取样一次，测定COD和颜色度VIS380。实验装置示意图如图1。高位水箱蓄水器过滤器图1过滤装置Fig.1Filterequipment1.3测试方法和器材(1)COD：重铬酸钾法。(2)VIS380：用1cm光程石英比色皿在380nm波长下测其吸光度。(3)实验器材包括电炉、可见分光光度计、烘箱等。2实验结果与讨论2.1流速对处理效果的影响通过阀门调节过滤器流速，以每小时流过过滤器滤料体积的倍数为计量单位，记作BV/h(倍体积/小时)。分别考察4BV/h、8BV/h、12BV/h3个不同流速。蓄水器中每蓄水500mL取样测定处理结果。流速对VIS380和COD去除效果的影响如图2和图3所示。[收稿日期]2010-03-31[作者简介]石秀旺(1985-)，男，安徽安庆人，硕士，助理工程师，主要研究方向为水处理技术。广东化工2010年第9期·116·处理体积/mL4BV/h8BV/h12BV/h图2流速对VIS380去除效果影响图Fig.2RemovalmapofvelocityonVIS380010002000300040005000020406080100120140COD/(mg·L-1)处理体积/mL4BV/h8BV/h12BV/h图3流速对COD去除效果影响图Fig.3RemovalmapofvelocityonCOD从上图看出，在前3000mL，不同流速下色度的去除效果差异不大，超过3000mL后，随着流速增大，处理效果差异则较大。这是由于流速大时，溶液中有机物分子未能与钢渣进行充分接触就流出滤层，导致吸附性能下降。根据吸附操作的穿透曲线，当流速快时，吸附穿透点前移，饱和区延伸速度快，所以后期处理效果较差，处理量下降。从数据趋势看，随着处理水量增大，处理效果下降，这是因为随着处理水量增大，吸附渐趋饱和。COD下降的趋势和VIS380变化趋势基本相同，随着处理水量的增加，出水COD浓度上升，不过基本能降低到120mg·L-1以下，在流速为4BV/h时，处理水量达到100BV时仍能降低到100mg·L-1以下。总体上看，COD和色度的相关性不强，这可能是因为在显色物质中，其分子结构复杂稳定，只有部分有机物能在COD测定中被氧化，而这些物质属大分子物质，在吸附时被去除，而在测定COD是未表现出来。2.2pH对处理效果的影响用NaOH、H2SO4分别调节废水的pH至9和5，以8BV/h流速通过过滤器处理，与原水的处理结果相比较，原水pH为7.12。通过3000mL废水进行实验。pH对VIS380和COD去除效果的影响如图4和5所示。从上图可以看出，进水的pH对处理效果有较为明显的影响，且偏碱性时，COD和VIS380的处理效果均较好。这可能是在碱性条件下，废水中物质结构发生了变化，有利于钢渣的吸附。0500100015002000250030000.000.020.040.060.080.100.120.140.160.18VIS380处理体积/mLpH=5原水pH=9图4pH对VIS380去除效果影响图Fig.4RemovalmapofpHonVIS380050010001500200025003000020406080100120140PH5=5原水PH=9COD/(mg·L-1)处理体积/mL图5pH对COD去除效果影响图Fig.5RemovalmapofpHonCOD3吸附降解机理分析3.1钢渣吸附的机理钢渣中富含Fe、Al、Si等元素，且多为其氧化物形态，且CaO含量较高，容易生成C3S、铁铝酸盐等，形成较大的网格结构，因而具有多孔的性能，经破碎处理后，尽管其微孔稍有破坏，但是极大的提高了钢渣的比表面积。这些性质决定钢渣具有较强的截留和吸附作用。大分子有机物与钢渣接触后，被微孔截留或吸附在表面，从废水中分离。这主要体现了钢渣的物理吸附作用。另外，钢渣中的金属离子主要以氧化物形态存在，当和偏碱性溶液接触后，表面则带负电，因而可以通过静电作用吸附废水中的一些极性带电有机分子，pH对钢渣吸附处理有一定的影响，说明pH使物质带电性发生改变，促进静电吸附作用，提高了处理效果。3.2钢渣吸附的选择性通过对废水在可见光区的测量，废水在322nm处有一较大吸收峰，吸光度达到0.714，这表明在废水中存在共轭双烯杂环类物质。根据顾学喜等[4]的研究，在焦化污水处理厂的排水中含有芳香族和稠环类物质，如二苯乙醇酮等。这些物质难以被微生物降解，经前端处理仍然残留在废水中，出水COD较高，且此类物质结构中多含生色团，导致出水色度较高。当废水经过钢渣后，这些物质被钢渣微孔截留、吸附，浓度下降，吸光度明显降低，出水色度小。图6表明，废水经过钢渣过滤，随着处理水量增大，吸光度均趋于上升，但是322nm时上升趋势明显大于VIS380。这可能是在322nm处有吸收峰值的物质含量较高，且在吸附初期容易被吸附，随着处理水量增大，对此类物质的吸收能力下降更明显。这也表明钢渣对322nm处有吸收值物质的吸附位点有限，而对380nm处物质的吸附位点相对较为丰富。05001000150020002500300035004000450050000.00.10.20.30.40.50.60.7吸光度处理体积/mL322nm处吸光度VIS380图6不同波长处吸光度变化趋势图Fig.6Changetrendofabsorbanceunderdifferentwavelengths4结论(1)从实验结果看，钢渣在焦化废水的深度处理中具有一定可行性，能有效降低出水的色度和COD。(2)过滤速度和pH对处理效果有明显的影响，流速小时，废水与钢渣接触时间长，处理效果好。废水偏碱性能提高处理效果。2010年第9期广东化工第37卷总第209期·117·(3)焦化废水因为含有芳香族和稠环类物质，出水色度高，经过钢渣过滤，此类物质能被有效吸附，出水色度明显降低。参考文献[1]卢建杭，王红斌，刘维屏，等．焦化废水专用混凝剂对污染物去除效果与规律[J]．环境科学，2000，21(4)：65-68．[2]谢复青．改性钢渣处理碱性品红染料废水研究[J]．广东化工，2005，(9)：75-76．[3]谢复青，何星存，黄智，等．钢渣/焦炭吸附—微波降解法处理阳离子染料废水[J]．环境污染与防治，2006，28(7)：496-498．[4]顾学喜，梅滨，马前，等．焦化厂排水中微量有机污染物分析[J]．四川环境，2005，24(2)：44-46．[5]胡记杰，肖俊霞，任源，等．焦化废水原水中有机物的活性炭吸附过程分析[J]．环境科学，2008，29(6)：1567-1571．(本文文献格式：石秀旺，邵建安．钢渣过滤深度处理焦化废水研究[J]．广东化工，2010，37(9)：115-117)(上接第112页)姬乔娜等[5]以模拟油品噻吩为研究对象，考察了金属元素的参杂对SO42-/ZrO2型超强酸催化活性的影响，结果表明：SO42-/ZrO2型超强酸催化活性顺序为SO42-/ZrO2-ZnOSO42-/ZrO2-Fe2O3SO42-/ZrO2-CuOSO42-/ZrO2SO42-/ZrO2-Al2O3，并且在反应温度为50℃，反应时间2h时，噻吩的氧化脱除率为100%。笔者根据其可能发生的反应机理推测，此类催化剂可能仅仅局限于噻吩类小分子的催化反应，对多甲基噻吩、苯并噻吩以及二苯并噻吩类硫化物不具有催化性能。2.4双氧水/金属氧化物体系Caero等[7]以V2O5/TiO2作为催化剂，在双氧水存在的条件下考察了2-甲基噻吩(