焦化废水处理技术研究进展

2017-03-15 08:52:32 6

  焦化废水中的有机物及氨氮浓度高、生物毒性大、难以降解,是处理难度较大的工业废水之一。我国于 20 世纪70 年代建设了一批采用一段曝气或二段曝气的活性污泥法水处理设施,经过不断改进,目前国内大多数焦化生产企业多采用强化脱酚生化处理工艺处理废水 ,处理后出水的酚、氰等基本可以达标。但由于焦化废水中 存在大量难降解有机物,因此无法实现 COD 和氨氮的一级达标排放。近年来随着国家对环境污染控制与节能 减排要求的日益严格,国内学者对高浓度难降解焦化废水的理化预处理技术、组合生化工艺和高效脱氮工艺、焦化废水生化处理出水的深度处理和回用技术等进行了大量研究。尽管这些研究工作基本处于实验研究水平,但可为焦化废水的达标治理和废水回用技术实际应用提供借鉴。笔者对近年来国内外相关文献报道的焦化废水处理技术进行了综述。

  1 焦化废水预处理技术

  焦化废水中含有苯酚、多环芳烃、含氮硫的杂环化合物如喹啉、吡啶 、吲哚、噻吩等有机物 〔1〕,除苯系物外,大部分有机物难以生物降解。 含有高浓度的氨氮是焦化废水的另一特点,尽管生化处理前的蒸氨工艺可以去除大部分氨氮,但是传统的生物处理技术对于进入生化系统中的数百 mg/L 氨氮,仍难实现达标处理。因此需对焦化废水进行预处理以降低生化系统废水的污染物负荷、 提高废水的生物可降解性。 现已报道的预处理方法有:(1) 采用强化絮凝、 化学沉淀等方法去除焦化废水中的 COD 和氨氮,降低生化系统污染负荷;(2) 根据焦化生产中各工艺水的水质特征,回收废水中的化工产品 ,降低污染物含量;(3) 采用理化预处理方法提高废水的可生化性。

  王爱英等〔2〕对焦化废水混凝预处理技术进行了研究,评价了几种絮凝剂的处理效果 ,采用优选的絮凝剂预处理可使 COD 和浊度去除率分别达到 22%和 97%以上。 Peng Lai 等 〔3〕用絮凝-零价铁联用技术预处理焦化废水 ,在最优实验条件下 ,COD 去除率可达 46%以上。 北京化工大学提出开发焦化废水处理过程中的高价值产品提取工艺技术,终端废水中的 酚 、 氰回收及 Fenton 氧化预处理技术等 ,将废水预处理与化工产品回收相结合 。 铁炭内电解作为提高难降解有机废水可生化性的预处理技术 ,已在硝基和有机氯废水处理中实 际应用 ,但用于焦化废水预处理的研究不多 。 卢永等 〔4〕采用镀铜铁内电解对焦化废水进行预处理,COD 去除率高达 66 %,远优于铁炭内电解,连续进水试验表明 COD 去除率稳定在 40%~50 %,且不存在填料板结问题。

  2 焦化废水生化处理组合工艺

  现有的生化处理工艺一般难以使焦化废水的 COD 和氨氮达标,因此研究者采用组合生化工艺处理废水,以提高脱氮和去除 COD 效率。 相关研究已有较多报道,有些组合工艺已在实际工程中应用 。

  李长太等〔5〕对短程硝化反硝化 、 同步硝化反硝化、 厌氧氨氧化等生物脱 氮工艺及其在焦化废水脱氮处理中的应用情况进行了讨论 。 此外 A2/O、A2/O2 等组合生化工艺及固定化优势微 生物技术等也有较多报道。 Peng Lai 等 〔6〕将膜生物反应器与零价铁技术结合处理焦化废水,COD、氨氮、总无机氮的去除率分别高达 96.1 %、99.2 %、92.3 %,零价铁的氧化还原与絮凝作用可有效去除焦化 废水中的难降解有 机物,从而提高了废水的可生化性。Ping Ning 等〔7〕采用超声 、催化氧化、活性污泥组合工艺处理焦化废水,4 h 内超声辐射可使 COD 去除率增加 48%~ 80 %; 向系统中投加 3 mmol/L 硫酸亚铁后,COD 去除率高达 95.7 %,与单纯的活性污泥法相比提高了 63.5%。 生化组合工艺对焦化废水有 较好的处理效果,表现出良好的应用前景。

  3 焦化废水深度处理与回用技术

  由于环保要求日益严格 ,近年来国内对焦化废水的深度处理和回用技术研究显著增加 。由于单纯的生物处理工艺很难实现焦化废 水的深度处理与回用 ,因此相关研究基本 都是理化技术和理化生化组合技术。 龚剑丽等〔8〕研究了 O3、UV/O3 高级氧化技术对焦化废水二级生化外排水中 难降解有机物的深度处理效果 ,结果表明 150 min 内 UV/O3 技术对 UV254、COD、DOC 的 去 除 率 分 别 为 95.3% 、90.2% 、 77.8%。 黄永兰 〔9〕研究了 Fenton 试剂、 光催化氧化和电化学氧化等高级氧化技术对焦 化废水的深度处理效果 ,上述方法对 COD 和色度有较好的去 除效果。 王海凤等 〔10〕采用混凝沉淀预处理—二氧化氯氧化—反渗透脱盐工艺处理宝钢焦化厂二级生 化 出水,深度处理后的出水完全符合循环冷却水的水质标准要求。 周静等 〔11〕比较了几种常用絮凝剂和新型复合絮凝剂对焦化废水二级生化出水的深度处理效果,结果表明新型复合絮凝剂的投加量少 ,处理效果更好。 刘卫平 〔12〕采用 Fenton 氧化与混凝组合工艺处理焦化废水,提高了 COD 去除率。 吸附法是深度处理废水的常用方法,常规的活性炭吸附由于活性炭价格较贵、 再生复杂 ,不适于大水量焦化废水的深度处理。 Weiling Sun 等 〔13〕以电厂炉灰作吸附剂 ,对焦化废水中的有机污染物进行去除。

  深度处理焦化废水二级生化出水,实现生化出水回用和焦化废水零排放,是焦化废水处理的 最高目标。 近年来,关于焦化废水回 用和零排放的研究也日益增加 。 天津天铁冶金集团采用新的焦炉熄焦水系统将部分生化出水作为熄焦水回用 ,投资少 、 见效快、 设备简单 ,解决了焦化废水的回用问题 ,新增效益 41 万元/a 〔14〕。 徐钢焦化厂通过一系列技术改造,将生产过程中产生的废水处理后闭路循环 ,最终全部作为熄焦补充水,实现了焦化废水零排放,取得了很好的经济效益和社会效益 〔15〕。

  由于焦化企业一般需使用和补充大量循 环 冷却水 ,因此焦化废水回用的另一技术思路是将生化出水深度处理后用 作公司内部的循环冷却补充水 ,这样既实现了焦化废水的零排放 ,又可节约大量水资源,具有显著的经济和社会效益 。 生化出水用作循环水时必须满足工业循环水的水质要求 ,而前面介绍的各理化处理技术 ,有的处理费用 太高 ,有的距离工业实际应用还有一定差距 。 在二级生化出水经过预处理、 降低其污染负荷且提高可降解性的基础上 ,生物深度处理技术可保证其出水 水质 、 降低处理费用 、 提高实际应用技术的成熟性 ,具有技术和经济优势 。 其中曝气生物滤池因出水水质好 ,在其他工业废水与焦 化废水的深度处理中已有应用 。胡晓农 、 唐文锋等 〔16, 17〕分别研究了曝气生物滤池在焦化废水深度处理中的应用 ,其研究结果表明 ,曝气生物滤池具有处理效果好 、 运行费用低 、 抗冲击能力强、 污泥处理系统简单的优点 ,COD 和氨氮的去除率均可达 93%~94 %,运行费用为 2.8 元/m3,具有较好的实际应用价值。

  经曝气生物滤池深度处理后的出水用作循环冷却水补充水时,除需达到水质的理化指标外 ,对微生物等也有一定要求,因此需对出水进行消毒杀菌处理,同时对回用水的腐蚀结垢性能进行评价 。 目前用于水处理的消毒杀菌技术中 ,氯和二氧化氯消 毒比较经济有效 ,但因氯离子具有腐蚀作用 ,因此不符合循环补充水的要求 ; 紫外技术在饮用水消毒系 统中有广泛应用 ,但用于污水深度消毒处理中仅有少量报道 〔18〕,实际应用不多 ,用于焦化废水深度处理出水中则未见报道; 臭氧消毒技术目前主要应用于饮用水和游泳池水的消毒 〔19〕,工业污水处理中尚不多见。微波消毒可用于口腔临床及医疗废物处理中 〔20〕,但在生化处理出水回用中未见应用 。 有实验研究表明 ,微波对污水中的细菌和微生物有极强的杀灭作用 。

  对于焦化废水二级出水回用作循环水时出现的设备腐蚀问题已有研究报道。 Huanzhen Zhang 等 〔21〕 研究了焦化废水用于循环冷却水系统时的腐蚀特征和控制技术,并优化了缓蚀剂配方,系统实际运行表明其可满足 GB 50050—1995《工业循环冷却水设计规范》的要求。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。

  4 结论

  焦化行业是工业废水排放大户 ,节约水资源 、减少废水排放是焦化行业的重要任务。 由于焦化废水本身的水质特点以及现有处理技术的局限 ,仅从废水治理角度出发难以根本解决焦化废水的环境污染问题,因此深度处理焦化废水并回用 、 实现零排放是焦化行业解决环境污染的根本出路。国内目前仅有少数焦化企业将焦化废水作为熄焦水回用 ,但也存在一些问题,而绝大部分企业还没有解决焦化废水回用的技术问题,因此研究开发经济实用的焦化废水深度处理与回用技术,具有良好的市场推广前景。

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