冶金工業(yè)焦化廢水處理工藝

李程廣(酒鋼集團(tuán)榆中鋼鐵有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730100)

0 引言

冶金工業(yè)生產(chǎn)期間，產(chǎn)生的焦化廢水，以煉焦、煤氣凈化各項(xiàng)生產(chǎn)為主，具有廢水生產(chǎn)量大、降解難度大、毒性成分高等特點(diǎn)。因此，在冶金工業(yè)生產(chǎn)期間，加強(qiáng)焦化廢水整治較為關(guān)鍵。如若焦化廢水整治效果不佳并進(jìn)行排放，對人們身體健康帶來威脅，使生態(tài)體系受到破壞。因此，加強(qiáng)焦化廢水排放管理，提升廢水處理工藝優(yōu)化性，具有重要發(fā)展意義。

1 冶金工業(yè)焦化廢水概述

1.1 特點(diǎn)

焦化廢水具有成分濃度高、降解難度大、毒害成分較高等特點(diǎn)，成分中含有的污染物類型較多，具有較差的生化活性，無法有效對其進(jìn)行處理。一般情況下，焦化廢水成分包括部分氨水、其他類型污水等。各類企業(yè)生產(chǎn)獲得的焦化廢水表現(xiàn)出差異性，在各類焦化廢水處理環(huán)節(jié)中，應(yīng)結(jié)合企業(yè)廢水處理需求，合理選擇處理工藝，提升廢水清潔凈化效果。

1.2 內(nèi)涵

焦化廢水的形成有兩個(gè)過程：一是焦?fàn)t煤氣在首次冷卻形成的水；二是焦化生產(chǎn)環(huán)節(jié)添加的蒸汽冷凝后產(chǎn)生的水。焦化廢水處理較難，內(nèi)在的有機(jī)物無法獲得自然降解。一般情況下，焦化廢水取自于剩余氨水，在蒸氨單元處理基礎(chǔ)上，相應(yīng)提升廢水濃度，成為焦化廢水的形成根源[1]。

1.3 危害

焦化廢水成分中，占比較高的污染物成分為酚氰化合物，同時(shí)還包括部分氨氮、苯等。此類污染物成分，如若未加以有效處理而直接排放至生態(tài)環(huán)境中，將會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，引起生物鏈發(fā)生斷層現(xiàn)象，在進(jìn)入人體后，將會(huì)引發(fā)各類癌癥。因此，設(shè)定焦化廢水的清潔轉(zhuǎn)化達(dá)成排放標(biāo)準(zhǔn)，以維護(hù)生態(tài)環(huán)境平衡性。

2 清潔處理焦化廢水的工藝方法

2.1 活性污泥

在焦化廢水處理工藝中，合理使用活性污泥處理工藝，包括預(yù)處理、曝氣等清潔程序。固液分離清潔程序完成時(shí)，焦化廢水成分中酚占比控制到最小。此種清潔工藝用于焦化廢水處理時(shí)，具有顯著處理效果，同時(shí)表現(xiàn)出較高的處理靈活性，作為國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的處理方式。

2.2 粉煤灰

粉煤灰的使用功能在于有效吸附酚元素，提升焦化廢水凈化效果。粉煤灰自身具有能源再生功能，能夠提升廢水處理效率。以微觀視角觀之，粉煤灰材料組成中含有多個(gè)粒子，組成結(jié)構(gòu)形成了多孔形式，能夠?qū)λ樾夹纬奢^強(qiáng)吸附作用。粉煤灰應(yīng)用在焦化廢水處理工藝時(shí)，能夠?qū)Ψ釉剡M(jìn)行高效吸附。在處理完成時(shí)，焦化廢水中的污染物僅有氨氮。此種清潔工藝，具有成本經(jīng)濟(jì)、原材類型多、清潔操作便利等優(yōu)勢，可對其進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

粉煤灰凈化原理：(1)物理吸附：粉煤灰用料整體粒徑較小，含有若干個(gè)細(xì)小孔，能夠有效吸附焦化中的酚成分。(2)交換金屬離子：對Ag化合物具有較高的凈化能力。

2.3 煙道氣處理工藝

煙道氣的處理工藝，能夠降低焦化水的氨、酚成分。此工藝的處理過程與粉煤灰工藝具有相似性，具有處理工藝成本經(jīng)濟(jì)性，合理控制資源、資金的使用量，具有工藝優(yōu)勢。在煙道氣處理程序中，借助煙道氣中的成分，比如：二氧化硫、一氧化碳等，以優(yōu)化控制焦化廢水堿性，同時(shí)有效去除煙氣中含有的有害成分。

2.4 脫氮工藝

脫氮工藝的使用原理：在厭氧環(huán)境中，進(jìn)行硝化反應(yīng)；經(jīng)硝化處理的焦化廢水，再在好氧環(huán)境中，完成一次硝化反應(yīng)。兩次硝化反應(yīng)所在反應(yīng)環(huán)境的差異性，將會(huì)引起廢水中含有多種類型的微生物種群，此工藝具有較高的處理能效。但由于焦化廢水在各反應(yīng)環(huán)境中的處理周期較短，無法有效完成有機(jī)物的完全降解。

2.5 濕式氧化

濕式氧化工藝，工藝流程中所使用的氧化劑包括氧氣、空氣。在催化劑的作用下，以廢水有機(jī)物為主體，對其進(jìn)行氧化分解，由此獲取二氧化碳、水。此工藝處理形式，能夠?qū)Π钡匦纬奢^高的驅(qū)逐力。在濕式氧化工藝完成時(shí)，再對廢水進(jìn)行生化處理，以提升焦化廢水處理效率[2]。

3 清潔焦化廢水工藝實(shí)例分析

3.1 廢水來源

3.1.1 A焦化廠現(xiàn)狀

A焦化廠所用的焦?fàn)t設(shè)施規(guī)格為JNX70-2，假設(shè)焦?fàn)t設(shè)施生產(chǎn)能力為206萬噸/年，現(xiàn)階段設(shè)備使用穩(wěn)定。然而在環(huán)保體系中，國內(nèi)制定了各項(xiàng)污染物排放規(guī)定，以期提升焦化產(chǎn)業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)性。在A單位中，設(shè)施使用、功能設(shè)計(jì)等方面存在不足，難以順應(yīng)環(huán)保工作需求。在焦化生產(chǎn)期間，探討生產(chǎn)工藝、工藝設(shè)施的優(yōu)化改進(jìn)，以保障焦化廢水處理效果，順應(yīng)生態(tài)保護(hù)需求?，F(xiàn)階段，廢水生產(chǎn)能力為165 m3/h。

3.1.2 廢水來源

(1)對煤進(jìn)行干餾、冷卻各項(xiàng)處理工藝時(shí)，處理工藝產(chǎn)生的剩余氨水，在廢水中至少占比90%，是廢水成分的主要來源。(2)在凈化處理煤氣環(huán)節(jié)中，處理形成的廢水。(3)脫硫工藝中，無氧環(huán)境中的少量冷凝液。焦化廢水產(chǎn)生量較大，內(nèi)在污染成分具有復(fù)雜性，以酚、氰化物等為代表的污染物在廢水中占有較高比例。在氨鹽成分中，含有一定量的無機(jī)物質(zhì)，比如：(NH4)2CO3、(NH4)2S等。酚類物質(zhì)在廢水成分中占據(jù)85%，成分以苯酚、二甲酚為主。

3.2 處理工藝

在廢水處理工藝中，回收環(huán)節(jié)獲取的剩余氨水采取預(yù)處理工藝方法，對生產(chǎn)剩余氨水進(jìn)行了沉降處理，使廢水中的焦油、浮油等成分有效沉降。同時(shí)，在陶瓷膜過濾器作用下，對廢水中的小規(guī)格煤粉、雜質(zhì)進(jìn)行處理，再進(jìn)行蒸氨處理，合理去除廢水成分中的銨鹽，最終在酚氫去除工序中完成生化反應(yīng)。

3.3 工藝問題

3.3.1 廢水產(chǎn)量較大

以假設(shè)的焦炭生產(chǎn)能力206萬噸/年為例，焦化過程形成的廢水量生產(chǎn)速度為：生產(chǎn)廢水100 t/h。然而，焦化廠廢水生產(chǎn)量超過了假設(shè)值60 t。廢水生產(chǎn)量超過預(yù)期設(shè)定值的同時(shí)，提升了廢水后續(xù)處理難度，難以有效保證廢水處理的達(dá)標(biāo)性。

3.3.2 氨水中污染物占比較高

(1)在對廢水進(jìn)行沉降處理時(shí)，存在處理周期短、油物質(zhì)分離程度低等問題。(2)氨水中含有占比較高的污染物，比如：油、固定懸浮物等。在對氨水進(jìn)行過濾時(shí)，極易引起陶瓷膜過濾器形成堵塞問題，由此降低除油能效。(3)在氨水預(yù)處理完成時(shí)，油含量、固體懸浮物占比較高，將會(huì)引起后續(xù)脫酚工藝運(yùn)行異常，比如：乳化物生成量較高、換熱設(shè)施、蒸氨體系運(yùn)行不暢、生化處理壓力大等。

3.3.3 成品氨水品質(zhì)不佳

在持續(xù)運(yùn)行脫酚工序時(shí)，在萃取塔中收集的氨水?dāng)y帶一定量的含苯成分。同時(shí)，溶劑油成分在水中形成了部分溶解，少量苯成分在氨水中發(fā)生溶解。借助溶液進(jìn)行脫酚處理后，采取蒸餾方法，對剩余氨水進(jìn)行氨氮去除處理，會(huì)引起粗苯成分與氨水融合，降低了成品氨水品質(zhì)。與此同時(shí)，一定數(shù)量的焦?fàn)t濕法工藝中，使用成品氨水作為脫硫主要介質(zhì)。在成品氨水含有苯成分時(shí)，嚴(yán)重降低了硫泡沫生成能力，有礙于脫硫工藝運(yùn)作。

3.4 工藝改進(jìn)

3.4.1 工藝升級

(1)循環(huán)使用苯分離水。在終冷塔池中添加苯分離水，對原有新水進(jìn)行替換，用于終冷塔噴灑操作。噴灑工藝、冷凝池中形成的冷凝液，將其輸送至冷凝池中，階段性將其泵送至機(jī)械凈化槽。(2)循環(huán)利用冷凝液。將終冷工藝用于噴灑的溶液進(jìn)行替換處理，使用含苯分離水時(shí)，將部分冷凝液輸送至凈化裝置中，有效控制尾氣洗滌裝置中廢水生成量。同時(shí)，尾氣凈化裝置的運(yùn)行工藝，由間歇式更換為連續(xù)式，以保障廢水凈化有效性。(3)工藝優(yōu)化。在焦化廢水中，封水含有較高的含油比例，少量乳化油無法使用一般清潔工藝處理，具有較高處理難度。結(jié)合工藝實(shí)際需求，優(yōu)化封水收集裝置的流程：用于封水收集裝置廢水輸送的設(shè)施；對其管道出口，增設(shè)交通輸送裝置；將封水回輸至廢水收集裝置中；在焦?fàn)t集氣管中，完成循環(huán)氨水收集；再對煤氣進(jìn)行冷卻處理；在高溫條件下進(jìn)行煤氣破乳處理；在冷卻后，使用氨水分離裝置，對氨水進(jìn)行冷卻分離。

3.4.2 提升除油工藝能效

(1)增加除油工藝時(shí)間。在氨水槽容量限制下，限制了廢水沉降時(shí)間，16 h難以有效完成除油程序，引起除油不徹底問題。因此，對A焦化廠的氨水槽進(jìn)行容量升級，形成全新的除油體系，將沉淀時(shí)間提升至25 h，以保障除油效果。(2)組合型除油工藝。在原有除油體系中，是使用氣浮除油裝置，將其裝置在陶瓷過濾器中，形成組合型除油工藝。除油設(shè)備在循環(huán)輸水設(shè)施的作用下，使用射流形式，完成水系統(tǒng)對氣體成分的吸收，獲得氣水混合體系。氣水混合狀態(tài)中的溶液在溶氣罐處理完成時(shí)，分別輸送至四個(gè)曝氣裝置中。在釋放頭作用下，設(shè)備完成氣水混合液收集。在釋放頭對氣水混合液進(jìn)行處理后，使其氣泡粒徑獲得精細(xì)化處理，更易于粘附在絮體物中，提升懸浮物、油物質(zhì)的去除效果。

在此工藝改進(jìn)完成后，A焦化廠原除油能力為300 mg/L，優(yōu)化后的除油能力為115 mg/L，以保障出水品質(zhì)。

3.4.3 脫酚工藝優(yōu)化

(1)升級好氧處理池。對好氧處理裝置，進(jìn)行全面清潔，改善好氧環(huán)境的曝氣效果，提升其含毒物質(zhì)的去除能力。(2)保障生化反應(yīng)平穩(wěn)性。在脫酚工藝完成時(shí)，氨水中COD成分有所增加。因此，采取部分處理形式，保障生化反應(yīng)充分性，減少排放不達(dá)標(biāo)問題。(3)使用高效混凝劑，提升排放水質(zhì)。高效混凝劑，能夠切實(shí)保障沉淀處理效果，使出水COD成分控制在100 mg/L以內(nèi)，同時(shí)降低氨氮濃度，使其小于10 mg/L，以達(dá)成工藝優(yōu)化效果，提升焦化水排放標(biāo)準(zhǔn)性。

4 結(jié)語

綜上所述，國內(nèi)針對冶金行業(yè)開展的環(huán)保工作十分嚴(yán)格。焦化廢水具有一定處理難度，使焦化廢水達(dá)標(biāo)排放，成為冶金單位的生產(chǎn)難題。因此，研究冶金焦化廢水的清潔轉(zhuǎn)化方法，以期提升廢水處理效果，落實(shí)生態(tài)保護(hù)工作。