某焦化废水处理系统设计毕业论文
2021-12-20 20:54:39
论文总字数：3347字
第一章 文献综述
1. 前言
焦化废水中含有大量的氨氮类化合物及其他有毒性物质，如叠氮类无机物、环链有机物等物质，焦化废水中含有一种酚类化合物原型质毒物，这种物质可以使细胞失活，酚类化合物能够使蛋白质发生变性凝固，甚至浓度过高能使蛋白发生沉淀，从而造成机体的组织或细胞损伤、死亡，直至导致整个身体中毒，它对一切的生活个体都能产生毒害作用，当这些物质不经过处理直接排放到水体中，或者其中的一些有害物质直接排放进入大气，都将会对动植物造成直接或者间接的不利影响，甚至是非常严重的危害，，综上所述，焦化废水对自然生态的破坏性非常大，毒害性强，对人类的威胁是非常巨大的[1]。
- 焦化的废水组成及特点
2.1焦化废水的组成
一般是煤炼焦过程中的焦化工艺中各个工艺段所产生的生产废水总称为蒸氨焦化废水，它主要的来源途径有：原煤中的化合水在热解过程中析出形成的水蒸汽在初级冷却工段产生的冷凝水、焦油和粗苯等化学产品在回收利用的精制过程中中所产生的废水、煤气加工过程和气体净化处理中产生的洗涤废水，其中的无机污染物主要为氮氢化合物、硫氰根、氰化物、金属离子及其化合物等，通过使用GC-MS对焦化废水进行测定分析，分析表明，有机污染物主要包括酚类化合物及各种大分子有机化合物[2]。
2.2焦化废水的特点
焦化废水的特点有[3]：（1）废水含高度分散的乳化焦油量高，（2）不易自然沉降，（3）组成成分复杂, 其中含有数百种有机物和数十种无机物，（4）难降解物质含量高，可生化性差，（5）水质、水量波动大, 随前部各个工艺单元的操作的变化而变化，（6）含有挥发酚、苯类化合物、氨氮、油类等大量有机化合物。
3. 处理工艺
3.1芬顿氧化法
3.1.1芬顿氧化法概述
加拿大教授H.R.Eisenhaner在1964年，成功对苯酚、烷基废水使用Fenton试剂进行处理，第一次以具有强氧化性的氢氧根进行对此类废水的降解，自此，在处理有机废水的工程中，Fenton试剂开始受到广泛重视[4]。
Fenton试剂是一种强氧化性试剂，它由H2O2和二价铁离子混合组成，Fenton试剂氧化法使用简单、反应过程快速、处理效率高，从而受到相关研究者的密切关注[5]。
3.1.2工艺特点
使用Fenton氧化对焦化废水进行预先处理，能够大幅度提高的挥发酚类化合物、COD、氨氮等物质的去除率，而且能够将其中含有的毒性酚类、难降解有机污染物转化为容易进行生物降解产物，处理后的出水有利于后续处理过程的顺利进行[6]。
赖鹏等[7]使用Fenton氧化法对焦化废水进行深度处理，实验结果证明：Fenton氧化法可有效提高难降解有机物的去除效果，快速提高焦化废水生化处理出水COD的去除率，COD的去除效果在酸碱度为3时最佳，对COD的去除率具有明显的影响还有过氧化氢和Fe2 的投加量和比例，实验结果如表一所示， Fenton氧化法对焦化废水进行深度处理使非常有效的。
表1
H2O2投加量 | FeSO4·7H2O投加量 | pH | 温度 | 出水COD | 去除率 |
1.994 mL/L | 0.543 g/L | 3 | 35℃ | lt;100 mg/L | 72.7% |
3.2 混凝沉淀
3.2.1 混凝沉淀概述
混凝沉淀法是在废水中加入混凝剂，通过包括吸附、网捕与架桥等的作用原理，使悬浮物质富集凝聚，从而达到去除生物处理中难以去除的氮磷、有机物、总氰化物、总悬浮物的目的，常用的混凝剂有PAC、PFS和PAM等[8]。
3.2.2 工艺特点
混凝沉淀法可有效去除焦化废水的有机物，色度等，使出水达到达标排放的标准[9]。
袁霄等[10]对一种新型强化铁盐混凝剂进行了试验考察，并将其处理效果与传统聚合硫酸铁进行了比较分析，使用新型混凝剂的出水实验结果如表2所示 ，出水 COD、色度达到国家排放标准的要求，新型混凝剂较传统混凝剂对焦化废水生化出水的处理效果更为优秀。
表2
投加量 | 初始pH | 快速搅拌时间 | COD去除率 | 色度去除率 |
2000 mg/L | 7~8 | 20 min | 76% | 85% |
3.3 水解酸化工艺
3.3.1水解酸化工艺概述
水解酸化法一般用于对含有难降解有机物，将要进行生化处理的废水进行处理的方法，有机物的厌氧生物主要降解过程如图1所示[11]。
图1
3.3.2工艺特点
水解酸化法的优点如表3所示[12]。与其他的单个好氧工艺相比，本工艺具有经济高效，节省运行费、去除COD能力较好、改善废水可生化性能等优点，与单个的厌氧工艺相比，该工艺具有容易操作、节省容积、减少投资等特点。
表3
与其他的单个好氧工艺相比 | 经济效益高、运行费低、COD去除效果较好、可以改善可生化性能 |
与单个的厌氧工艺相比 | 操作简单、容积小、投资费用低 |
陈启斌等[13]实验表明经水解酸化预处理后，焦化废水可生化性得到了较大的提高，并对其进行了动力学分析，实验结果如表4所示。
表4
动力学半速度常数Ks | 最大比降解速度K | BOD5/CODCr | |
原始值 | 101.998 | 0.00224 | 0.27～0.29 |
处理后 | 77.724 | 0.00353 | 0.32～0.39 |
3.4 A/O工艺
3.4.1A/O工艺概述
在对焦化废水的生物脱氮处理中，A/O工艺是目前国内常用的的工艺, 是一种前置缺氧池反硝化工艺[14]。
3.4.2工艺特点
一级A/O系统作用原理与一级如表5所示，二级A/O处理系统的作用原理A/O相同[15]。
表5
原污染物 | 作用微生物 | 转化后物质 | |
缺氧池 | 硝酸盐、亚硝酸盐 | 硝酸还原菌、亚硝酸还原菌 | 氮气 |
好氧池 | COD等有机污染物质 | 好氧微生物 | 无机物 |
陈劲松等[16] 对A/O工艺处理焦化废水的运行过程与COD、氨氮的降解规律进行了研究，分析表明，在提升负荷阶段，工艺系统的COD与氨氮去除率基本不变，满COD负荷运行阶段实验结果如表6所示。
表6
温度 | 总水力停留时间 | 污泥 回流比 | 混合液回流比 | COD去除率 | NH3-N去除率 | 进水总氰浓度 | 出水总氰浓度 |
28～30℃ | 142.5h | 100% | 400% | 82.8% | 97.3% | 13.57 mg/L | 0.78mg/L |
赵二华等[17]采用流化床生物膜反应器改进型两级A/O工艺，在不加消泡水或稀释水情况下进行研究，研究结果如表7所示，此方法可有效改善焦化废水处理工艺氨氮、COD去除效率低，可生化性差，抗冲击负荷能力差，成本高等问题。
表7
COD | BOD/COD | |
原始值 | 4000~4600 mg/L | 0.08~0.1 |
改进后 | 250mg/L | 0.4~0.6 |
3.5臭氧氧化工艺
3.5.1臭氧氧化工艺概述
臭氧是一种氧化能力要大大高于氯和ClO2的具有强氧化性的试剂,，随着对水资源的要求越来越高, 在对污水处理过程中越来越重视和使用臭氧等一些氧化技术, 从而得到更好的出水水质 [18]。
3.5.2工艺特点
臭氧在进入废水中后，能迅速与废水中的有机物发生反应,有效降低废水中氰化物、挥发酚的含量，废水的COD、BOD值也得到降低, 还可以同时脱色、除臭，且臭氧不会造成二次污染, 使用简单，臭氧氧化法主要在废水的深度处理中使用[19]。
孟冠华等[20]采用连续通入废水和臭氧的方式，在不调节废水pH的情况下，用臭氧氧化法对焦化废水生化出水进行深度处理，并对臭氧氧化的机理进行了探究，实验结果如表7所示。
表7
臭氧投加量 | pH | 废水流量 | 原水COD | COD去除率 |
12.15mg/L | 8 | 2 mL/min | 151 mg/L | 54.5% |
4.总结
焦化废水是一种高COD、高氨氮、高酚、成分复杂的一种工业有机废水。根据上述这些废水特点，结合污水处理站及所处理废水的实际情况，初步选择了一些符合本污水处理站实际情况的处理工艺。
在众多不同类型的处理工艺中，选择适合该污水处理站实际情况的工艺，提高对特征污染物的处理效率，使废水得到有效处理，使该污水处理站所排放的废水达到《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171-2012）中表3直接排放的标准等要求，符合可持续发展的要求是这次设计的中心内容。
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