焦化廢水凈化及回用技術(shù)

許東水(古縣利達(dá)焦化有限公司，山西 臨汾 042400)

0 引言

在煉焦工業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生焦化廢水，其水量較大且有很多難處理及難降解的物質(zhì)，如處理不當(dāng)，會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。在綠色環(huán)保理念的落實(shí)與執(zhí)行中，要深入探析焦化廢水的凈化處理與回收利，為煉焦工業(yè)持續(xù)、健康、穩(wěn)定發(fā)展提供幫助。

1 焦化廢水處理方法

1.1 物理化學(xué)法

1.1.1 吸附法

吸附法需要應(yīng)用到多孔性的吸附劑，比如粉煤灰、樹脂以及活性炭等，利用其良好的吸附功能，把廢水中無法去除掉的有機(jī)污染物吸附在吸附劑的表面，實(shí)現(xiàn)凈化焦化廢水的目標(biāo)。

基于對粉末活性炭、柱狀活性炭吸附作用進(jìn)行的深入研究，能夠獲悉粉末活性炭對COD以及分類污染物的去除效果更好，能夠讓焦化廢水達(dá)到排放要求。活性炭在對焦化廢水進(jìn)行實(shí)際處理時(shí)，能夠去除廢水當(dāng)中七成以上的有機(jī)物，處理效果非常顯著，但是其價(jià)格較高，且難以進(jìn)行回收再利用。在使用粉煤灰進(jìn)行焦化廢水處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)完成處理的廢水中氨氮指標(biāo)仍不合格，但是其他污染物的含量合格。經(jīng)過粉煤灰處理的焦化廢水七成以上都是可以進(jìn)行二次利用的，而粉煤灰在使用過后還可以作為生產(chǎn)建筑材料。粉煤灰的焦化廢水處理效果較佳，吸附劑還可進(jìn)行回收利用，降低了焦化廢水的處理成本[1]。

1.1.2 膜分離法

膜分離法基于濃度差、電位差以及壓差對廢水當(dāng)中的污染物進(jìn)行分離。使用預(yù)處理+UF+RO的方式進(jìn)行焦化廢水處理時(shí)，其處理過的水能夠達(dá)到工業(yè)循環(huán)冷卻水的回用標(biāo)準(zhǔn)。但是膜分離技術(shù)的成本較高，反滲透的濃縮液去向無法解決，在焦化工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用存在諸多制約等，現(xiàn)在多用于焦化廢水深度處理中的一個(gè)過程環(huán)節(jié)。

1.1.3 混凝沉淀法

混凝沉淀法需要在廢水當(dāng)中添加混凝劑以及絮凝劑等諸多物質(zhì)，讓污染物于廢水當(dāng)中脫穩(wěn)，將焦化廢水當(dāng)中的污染物分離出來，實(shí)現(xiàn)凈化的目標(biāo)。目前混凝劑逐漸趨向于復(fù)合化和多功能化以及高分子化，這種混凝劑因?yàn)榫哂卸喾N高分子化合物，且性質(zhì)各不相同，有機(jī)高分子和無機(jī)混合機(jī)的復(fù)合，使無機(jī)絮凝劑結(jié)構(gòu)、電荷性質(zhì)等產(chǎn)生了變化，因此可對焦化廢水進(jìn)行有效凈化[2]。

1.2 化學(xué)法

1.2.1 臭氧法

臭氧法是基于臭氧本身屬性氧化分解焦化廢水當(dāng)中的污染物，并且能夠同時(shí)進(jìn)行除臭、殺菌和脫色，多余臭氧會和水反應(yīng)產(chǎn)生氧，不會產(chǎn)生二次污染，實(shí)操過程比較簡單。但該方法對成本、電力能源的消耗量較大，同時(shí)實(shí)際操作要求嚴(yán)格，以避免臭氧對周邊環(huán)境產(chǎn)生污染。當(dāng)前臭氧法在深度處理以外已鮮少應(yīng)用。

1.2.2 Fenton試劑法

Fenton試劑法是基于二價(jià)鐵(Fe2+)對H2O2進(jìn)行催化生成羥基自由基，有較強(qiáng)的氧化性，具有去除難降解有機(jī)污染物的高能力。這種方式的實(shí)際操作較為簡單，設(shè)備簡單且具有高效率。Fenton試劑法實(shí)際應(yīng)用中可基于零價(jià)鐵替代Fe2+，以強(qiáng)化提升焦化廢水的處理質(zhì)量與成效，更能夠減少成本資金的投入。

1.2.3 光催化氧化法

光催化氧化法基于光能致使半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)帶間躍遷，也就是說基于價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶上，形成具備良好反應(yīng)活性的光生電子與光之空穴，把焦化廢水當(dāng)中的污染物轉(zhuǎn)變成無害物質(zhì)。使用此種方式對焦化廢水進(jìn)行處理，具有非常好的效果，處理之后的水可以直接進(jìn)行排放、回收利用，并不會形成二次污染。當(dāng)前焦化廢水處理光催化氧化法中主要應(yīng)用的技術(shù)包含UV/二氧化鈦、UV/二氧化鈦/過氧化氫、光催化技術(shù)聯(lián)合其他技術(shù)，這種方式能夠降解焦化廢水當(dāng)中的污染物，更能夠降低能源消耗，其適合應(yīng)用在濁度低、透光性好的條件之下，也就是對焦化廢水進(jìn)行深度處理的時(shí)期效果更加明顯。

1.2.4 電化學(xué)氧化法

電化學(xué)氧化法實(shí)際上就是基于電化學(xué)反應(yīng)對焦化廢水進(jìn)行處理的一種方式。基于對污染物的判斷，決定是否直接同電極進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移，同時(shí)可以把其分成間接氧化法和直接氧化法。其中，直接氧化法的處理成效與質(zhì)量高，但能源消耗量與成本資金投入量都比較高。間接氧化法在實(shí)際應(yīng)用中，需要使用強(qiáng)氧化劑和污染物進(jìn)行反應(yīng)，而這個(gè)過程當(dāng)中會產(chǎn)生二次污染?；陲柡臀教幚矸绞教幚磉^的活性炭作為粒子電極，制作成三維三相的電極反應(yīng)器對焦化廢水進(jìn)行處理，其并不會增加能源的消耗量，同時(shí)其會比二維電極的有機(jī)物去除效率更為良好。當(dāng)前，主要應(yīng)用電化學(xué)氧化法進(jìn)行焦化廢水處理的電極種類較少，同時(shí)既有電極的應(yīng)用周期比較短，所以，需要對性能更加良好、成本更低的電極進(jìn)行創(chuàng)新探索與應(yīng)用，同時(shí)要對陽極直接進(jìn)行氧化分解的方式進(jìn)行積極探索。

1.2.5 催化濕式氧化法

催化濕式氧化就是基于空氣當(dāng)中的氧，與高壓、高溫以及催化劑作用之下，對污水當(dāng)中的有機(jī)污染物實(shí)施氧化，并且最后轉(zhuǎn)變成為無污染氮?dú)馀c二氧化碳的一種技術(shù)方式[3]。催化濕式氧化法在對焦化廢水進(jìn)行實(shí)際處理的時(shí)候，其氧化速度更快，處理效果更為良好，不容易出現(xiàn)新的污染物等。需要注意的是，催化濕式氧化法在實(shí)際應(yīng)用中，催化劑的價(jià)格非常高，增加了焦化廢水的處理成本，同時(shí)其需要在溫度、壓力都降耗的條件之下進(jìn)行運(yùn)行，其在工藝設(shè)備方面的要求非常嚴(yán)格，也正因?yàn)槿绱?，國?nèi)很少應(yīng)用催化濕式氧化法對焦化廢水進(jìn)行處理。

1.3 生物化學(xué)法

1.3.1 生物脫氮法

使用生物脫氮法對焦化廢水進(jìn)行處理的方式包含：A/O、A2/O、A2/O2等。其中A/O主要就是基于活性污泥中的硝化菌，于特定條件下把污水當(dāng)中的氨氮物質(zhì)轉(zhuǎn)變成NO2，之后基于反硝化菌的處理技術(shù)從NO2轉(zhuǎn)變成為亞硝酸鹽，讓其最終能夠轉(zhuǎn)變成無害氨以及游離氮。A2/O處理方式是于上述技術(shù)方式缺氧段以前增加厭氧段，這個(gè)厭氧段的加入能夠把可進(jìn)行生物降解的一些有機(jī)分子轉(zhuǎn)變成為能夠進(jìn)行生物降解的微小分子，對焦化廢水可生化性進(jìn)行有效提升，并且讓其反硝化—硝化系統(tǒng)當(dāng)中的NO2/N含量得以有效降低，對缺氧段的碳源需求量進(jìn)行全面滿足。此項(xiàng)技術(shù)當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展得比較成熟。

1.3.2 膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器是基于分離膜與生物處理系統(tǒng)所共同組合形成的一種焦化廢水處理技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)用膜組件替代了二沉池，對污水實(shí)際處理當(dāng)中所占據(jù)的空間進(jìn)行有效降低，同時(shí)能夠確保污泥的高活性與高濃度。因?yàn)槲勰嘭?fù)荷并不高，也就能夠讓污泥量得以有效降低。膜生物反應(yīng)器在對焦化廢水進(jìn)行實(shí)際處理時(shí)，處理成效更為理想，所需要的空間也非常小，實(shí)際操作非常簡單。膜生物反應(yīng)器技術(shù)具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，并且也逐漸 趨于成熟，在美國等許多國家被廣泛推廣與應(yīng)用[4]。生物化學(xué)法在焦化廢水處理的成本較低，且能夠獲得良好的處理質(zhì)量與成效，但受功能微生物獲取、微生物耐受環(huán)境等諸多因素的制約影響，要求相關(guān)工作者積極探究具備良好環(huán)境耐受力的更多功能性微生物，并且要積極探究生物化學(xué)法和其他方式的有效聯(lián)合，這也是未來生物化學(xué)法發(fā)展中極為關(guān)鍵的研究方向。

2 目前焦化行業(yè)的主流處理工藝

隨著國家節(jié)能、環(huán)保政策的不斷升級，已普遍要求實(shí)施干熄焦生產(chǎn)，同時(shí)要求廢水零排放，所以首先要對焦化廢水進(jìn)行凈化處理，其次要實(shí)現(xiàn)回收自用。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要采用多種方法的混合使用。下面介紹一種焦化廢水全流程處理回用的混合工藝。

其工藝流程為：預(yù)處理＋生化處理(A2/O處理＋A/O處理＋生物流化床＋混凝沉淀處理)＋深度回用處理(多介質(zhì)過濾器＋超濾＋納濾＋反滲透)＋濃縮液處理(軟化裝置＋苦咸水淡化反滲透膜)＋蒸發(fā)結(jié)晶。

預(yù)處理主要由除油池、浮選池、調(diào)節(jié)池組成，除去廢水中的大部分重油、浮油、乳化油，并調(diào)節(jié)各種廢水水量及水質(zhì)的不均勻性。

生化處理主要由厭氧池、一段缺氧池、一段好氧池、一段沉淀池、二段缺氧池、二段好氧池、二段沉淀池、生物流化床、混凝沉淀池及鼓風(fēng)機(jī)室等設(shè)施組成，主要任務(wù)是去除廢水中的有機(jī)污染物、氨氮、氰化物等。在核心設(shè)施缺氧池中，利用兼氧菌反硝化反應(yīng)的作用，將污水中的硝態(tài)氮還原為氮?dú)鈴膹U水中逸出，達(dá)到脫除氨氮的目的。

深度回用處理主要是對生物脫氮處理后污水中的COD、濁度和SS進(jìn)行進(jìn)一步的去除。其中過濾處理主要是通過物理方法進(jìn)一步降低出水中的懸浮物。超濾是以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，以超濾膜為過濾介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對原液的凈化、分離和濃縮的目的。納濾(UF)介于超濾和反滲透之間，是分子級的膜分離技術(shù)，具有離子選擇性，一價(jià)陰離子的鹽可以大量滲過膜，對具有多價(jià)陰離子的鹽的截留率很高。由于Cl-為一價(jià)陰離子，納濾對其基本沒有去除作用，因此，約50%的納濾出水還需要進(jìn)入反滲透膜進(jìn)一步處理。反滲透(RO)是以壓力為驅(qū)動力，利用反滲透膜只能通過水而不能通過溶質(zhì)的選擇性而使溶質(zhì)與水分離的技術(shù)，反滲透產(chǎn)水與50%的納濾產(chǎn)水混合可以達(dá)到回用水的要求。

納濾、反滲透產(chǎn)生的濃縮液中的COD均為難以生物降解的高分子有機(jī)物，需要通過膜濃液處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理。在膜濃液處理系統(tǒng)中先進(jìn)入高級氧化反應(yīng)沉淀池通過氧化作用降低廢水中的COD同時(shí)調(diào)整pH值，產(chǎn)生的絮體在沉淀部分進(jìn)行泥水分離。出水通過錳砂過濾器利用氧化法將低價(jià)鐵離子等氧化成高價(jià)離子，再通過吸附過濾除去。錳砂過濾器出水再通過微介質(zhì)過濾器、濃液反滲透膜組等裝置進(jìn)一步降低污水中的COD、總懸浮固體、濁度、殘余硬度等，出水進(jìn)入回用水，濃縮液送結(jié)晶蒸發(fā)裝置進(jìn)一步處理。

濃縮液在結(jié)晶裝置中經(jīng)過閃蒸罐、活塞推料離心機(jī)、結(jié)晶器產(chǎn)生干燥固體，從而完成廢水的全流程處理。

3 結(jié)語

為完成焦化廢水的全流程處理，很多焦化企業(yè)與技術(shù)機(jī)構(gòu)對焦化廢水的聯(lián)合處理技術(shù)措施進(jìn)行積極探究并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對焦化廢水進(jìn)行有效凈化與回用的目標(biāo)。通過諸多現(xiàn)代化技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，使焦化廢水凈化和回用取得了良好的質(zhì)量與成效。