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焦化废水深度处理技术及工艺现状

来源:本站    发布时间:2019-8-23 17:36:56    点击量:

焦化废水是一种高浓度、高污染的有机废水,其毒性大,可生物降解性差,是钢铁工业最难处理的一类废水。目前钢铁企业普遍采用预处理+生化处理+混凝沉淀处理工艺,出水多回用于湿法熄焦、煤场散水等对水质要求不高的用户。随着国家环保标准的日益严格以及水资源的日益紧张,对焦化废水进行深度处理并回用于钢铁生产变得日益迫切。

焦化废水主要是指在煤炼焦、煤气净化、化工产品回收和化工产品精制过程中产生的废水。由于受原煤性质、产品回收、生产工艺等多种因素的影响,导致废水成分异常复杂。焦化废水中所含有机物主要以酚类化合物为主,其含量达到有机物总量的一半以上,剩余有机化合物主要为含硫、氧、氮的杂环有机化合物以及多环芳香族有机化合物等。焦化废水以其排放量大、成分复杂、处理困难等特点使焦化废水极难再循环利用或者达标排放。因此,降低焦化废水中的污染物浓度,提高废水的循环利用率是亟待解决的问题。

一、慨述

焦化废水是煤高温干馏、煤气净化以及化工产品精制过程中所产生的高浓度有机废水。其组成十分复杂,含有酚、苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物,还含有氰化物、硫化物和氨氮等有毒有害物质,废水色度高。

处理前焦化废水的COD浓度在3000~5000mg/L,氨氮浓度在300~500mg/L,由此可见,焦化废水是一种典型的高污染、有毒、难降解的工业废水。

目前,国内大多数企业采用预处理重力除油、浮选除油、污水调节、生物脱氮处理及后混凝处理等工艺,基本可实现达标排放。但排放的焦化废水仍会对水体产生不利影响,许多企业开始探索将需外排的废水经深度处理后回用于生产,以实现焦化废水不外排。

另外,焦化厂循环冷却水在使用之后,水中的钙、镁、氯根、硫酸根等离子,溶解性固体和悬浮物相应增加,空气中污染物如灰尘、杂物、可溶性气体以及换热器物料泄露等,均可进入循环冷却水系统,使焦化厂循环冷却水系统中的设备和管道腐蚀、结垢,造成换热器传热效率降低,过水断面减少,甚至是设备管道腐蚀穿孔

。焦化厂循环冷却水系统中结垢、腐蚀还与微生物的繁殖息息相关,污垢和微生物粘泥可以引起垢下腐蚀,而腐蚀产品又引起污垢。因此,要解决焦化厂循环水系统中的这些问题,还必须进行综合治理。

二、焦化废水深度处理技术

由于现有的焦化废水处理工艺很难满足日益严格的环保标准,因此从企业发展的长期来看,必须对焦化废水进行深度处理。目前,焦化废水深度处理技术主要包括混凝沉淀法、吸附法、生物化学法、高级氧化法和膜分离法。

1、混凝沉淀法。混凝沉淀法是在废水中加入一定量的混凝剂,使废水中难以沉淀或过滤的污染物通过物理或化学作用使其集结成较大的颗粒,从而达到分离的目的。常用的混凝剂有聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)。目前研究的重点就是开发新型高效复合混凝剂。如宝钢焦化废水采用M180 复合型混凝剂、邯钢采用JY-202 复合型混凝剂后,其处理效果均优于PFS 等混凝剂。

2、吸附法。吸附法是利用多孔性吸附剂的吸附作用,对焦化废水中的污染物质进行去除。目前研究的吸附剂有活性炭、粉煤灰、褐煤、膨润土、焦粉、高分子聚合物和吸附树脂等。由于活性炭具有独特的孔结构和吸附性能,被广泛地应用于焦化废水深度处理工艺中,如韩国浦项、中国台湾中钢和中国宝钢等。同时也可以采用多种吸附剂联合使用, 如炉渣过滤-树脂吸附、沸石-活性炭复合材料吸附等。

3、生物化学法。目前用于焦化废水深度处理的生物化学法主要有曝气生物滤池(BAF)和膜生物反应器(MBR)。BAF 是一种新型生物膜法, 对有机污染物和氮、磷等具有较好的去除效果,其特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体,节省了后续沉淀池,具有基建投资少、出水水质好、运行能耗低、运行费用省等优点。

MBR 是将膜技术与生物技术相结合的一种先进的废水处理方法,主要是先利用生物技术去除水中可生物降解的有机污染物,然后利用膜技术过滤悬浮物和水溶性大分子物质,降低水浊度。MBR 具有处理效率高、占地面积小、自动化程度高等优点,是最具有发展前景的污水处理和中水回用技术。

4、高级氧化法。高级氧化法是指通过不同途径产生具有高反应活性的羟基自由基,再利用其强氧化性将水中的有机污染物降解,生成小分子物质,甚至直接转化为CO2和水。高级氧化法可以有效去除水中难降解的有机污染物,具有处理效率高、无二次污染等优点。在焦化废水深度处理领域,研究和应用较多的高级氧化法有Fenton 氧化试剂法、臭氧氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法和超声波氧化法等。

5、膜分离法。膜分离法是一种具有巨大潜力和实用性的废水处理技术,其原理是以选择性透过膜为分离介质,通过在膜两边施加一个推动力如浓度差、压力差、电位差等,使废水中的组分选择性的透过膜,从而达到分离净化的目的。膜分离技术应用于废水处理具有能耗低、效率高和工艺简单等特点。目前,应用的膜分离技术主要有微滤、超滤、纳滤和反渗透〔9〕。近年来,在焦化废水深度处理领域,研究与应用较多的是超滤-反渗透的双膜法焦化废水处理工艺, 经超滤-反渗透处理后的焦化废水, 出水符合工业循环冷却水水质标准,可回用于净环补充水、锅炉软水补给水,甚至部分替代新水。

三、焦化废水深度处理技术的研究方向

随着全球环保标准的日益严格,焦化废水深度处理技术将广泛应用于焦化废水处理领域,其主要研究方向集中于:

(1)吸附法和混凝沉淀法是目前应用较多的焦化废水深度处理技术,未来的研究方向是开发高效、高选择性、无二次污染的混凝剂和吸附剂,进一步降低处理成本和改善处理效果。

(2)MBR 法和膜分离法具有处理效率高、占地面积小等优点, 最近几年在国内外焦化废水深度处理中得到了一定的应用, 未来将是焦化废水深度处理领域的关键技术。对于MBR 法和膜分离法的主要研究方向是开发高效低成本的过滤膜。

(3)高级氧化法具有处理效率高、氧化速度快、无二次污染等优点, 虽然目前多数高级氧化技术还处于实验室研究阶段, 存在处理成本高或难以工业化的问题。但还是在焦化废水深度处理领域具有广阔的应用前景。未来高级氧化法的研究重点就是加快推进高级氧化法的工业化实施,同时开发低成本、高效率的氧化剂和催化活性好、稳定性强、效率高的催化剂。

(4)开发多种焦化废水深度处理技术的联合工艺也是焦化废水深度处理领域的研究方向。焦化废水深度处理技术虽多, 但单一方法处理效果并不能满足要求,且各方法都存在着处理成本较高的问题。在实际应用中可以将某些技术联合起来,取长补短。

目前,针对焦化废水深度处理的技术研究很多,但在实际中,由于投资和运行成本高,技术工业化不成熟等问题,不能很好的应用。因此,一方面进一步研究、开发处理效果好、投资运行费用低、无二次污染、易于操作管理的新技术,另一方面将现有方法进行有机结合,取长补短,找到最佳组合工艺,并完善工艺使之能最快的工业化,将是焦化废水深度处理的发展方向。目前,人们对焦化废水深度处理技术的研究较多,工业化应用进程正在逐渐推进。对于钢铁企业,将焦化废水进行深度处理,并梯级回用于湿熄焦、原料洒水、烧结配料、高炉冲渣、转炉焖渣和循环水补充水,最终实现零排放,将是其可持续发展的必然举措。