焦化廢水處理技術(shù)分類(lèi)

2012-06-27中國環(huán)境保護部發(fā)布了《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》(GB16171-2012)，該標準不僅對焦化廢水中各主要污染物提出了更加嚴格的排放要求，而且增加了總氮、苯、多環(huán)芳烴和苯并芘(BaP)等硬性指標，同時(shí)對單位產(chǎn)品排水量做了更加嚴格的要求，因此焦化廢水處理技術(shù)的研究與發(fā)展迫在眉睫。

　　目前較成熟的焦化廢水處理技術(shù)主要有物理化學(xué)法、生物處理法和化學(xué)處理法，因焦化廢水污染物濃度高、處理量大，目前多數處理技術(shù)仍局限于實(shí)驗室研究階段或中試階段，尚未進(jìn)入工業(yè)應用階段。

　　1物理化學(xué)法

　　物理化學(xué)法即針對焦化廢水中不同污染物的特性，運用物理化學(xué)原理脫除特定污染物，該類(lèi)處理技術(shù)具有設備簡(jiǎn)單、去除率高、數據穩定等優(yōu)勢，在國內外應用較多。

　　1.1絮凝法

　　絮凝法是運用膠體的性質(zhì)去除焦化廢水中的污染物，絮凝劑在水中發(fā)生化學(xué)反應，生成氫氧化物膠體，膠體大分子所帶電荷與污染物表面電荷相反，發(fā)生電荷異性相吸中和反應，將污染物包裹并沉降，達到廢水凈化目標。絮凝法能有效降低焦化廢水的COD和色度，且處理費用低，可以間歇應用也可以連續應用，常用于焦化廢水的深度處理。

　　絮凝法的最佳條件參數由絮凝劑的投加量和體系pH值決定。國內常用聚合硫酸鐵作絮凝劑，聚丙烯酰胺作助凝劑，常用的鐵鹽絮凝劑對焦化廢水中COD和濁度處理效率高，但對色度的降低效果不理想。聚合氯化鋁與聚丙烯酰胺復配的復合絮凝劑可使色度去除率達80%，開(kāi)發(fā)高效的絮凝劑和技術(shù)聯(lián)用是絮凝法研究的熱點(diǎn)。

　　1.2吸附法

　　吸附法處理焦化廢水是利用多孔吸附劑較大的比表面積，產(chǎn)生較強的表面能，去除廢水中的污染物，降低焦化廢水的污染負荷。常用吸附劑有天然礦物如膨潤土和沸石，活性碳材料如活性炭，工業(yè)固廢如粉煤灰和熄焦粉等。

　　活性炭是由碳材料經(jīng)高溫炭化活化制得的疏水性非極性吸附劑，含有大量的微孔和中孔，吸附性能很強，常在生化處理段之前或深度處理段使用。活性炭對多環(huán)芳烴和氮雜環(huán)等有機污染物有很好的吸附效果，出水的色度、酚含量和氰化物含量能達標排放，其缺點(diǎn)是無(wú)法循環(huán)使用，提高了處理成本，今后研究的重點(diǎn)是如何脫附和循環(huán)使用。

　　粉煤灰的主要成分是二氧化硅、硅酸鋁鈉等，脫色效果好，COD、揮發(fā)酚、油等去除率高，廉價(jià)易得，常用于焦化廢水的深度處理，其機理符合Freundlich吸附等溫式。膨潤土主要組分是蒙脫石，具有良好的陽(yáng)離子交換性能和高比表面積等。沸石對焦化廢水中氨氮有較好的吸附性能，粒度越細對焦化廢水氨氮的去除率越高。熄焦粉廉價(jià)易得、不用粉碎，有效降低投資費用，吸附后的熄焦粉可用作配煤煉焦瘦化劑，減少二次污染。

　　除上述幾種常用的吸附劑外，還有一些并不常用但吸附效果好的吸附新技術(shù)，如海藻酸鈾-腐植酸鈾吸附法，磺化褐煤吸附法，煤基多孔材料吸附劑等。

　　1.3煙道氣處理法

　　專(zhuān)利技術(shù)“煙道氣處理焦化剩余氨水或全部焦化廢水的方法”已有效應用于江蘇淮鋼集團焦化剩余氨水處理工程中。煙道氣處理法是將廢水中的污染物，主要是有機污染物以固化狀態(tài)與廢水分離，而廢水中的水分全部汽化，不僅實(shí)現了焦化廢水的零排放，而且通過(guò)有效脫硫實(shí)現了外排煙道氣的達標排放，工藝流程如圖1所示。

　　1.4萃取法

　　萃取法是利用焦化廢水中各組分在萃取劑中溶解度不同的原理實(shí)現對各組分的分離。該法主要用于對焦化廢水中酚類(lèi)化合物的提取和回收，工藝流程如圖2所示，常用的萃取劑對酚的分配系數低、損耗大、二次污染嚴重，改進(jìn)的絡(luò )合離心萃取法和膜萃取技術(shù)可有效提高萃取效率和經(jīng)濟環(huán)境效益。

　　2 生物處理法

　　生物處理技術(shù)是基于活性微生物降解的方法，將廢水中的污染物氧化為可被微生物吸收和代謝的小分子，達到凈化廢水的目的，具有處理量大、應用范圍廣、投資費用少的優(yōu)勢。

　　2.1曝氣法

　　曝氣法是一種好氧微生物處理廢水技術(shù)，廣泛應用于對焦化廢水的處理中。在大面積的曝氣池中，污染物與活性污泥中的微生物充分接觸，將不溶性的污染物氧化降解為可溶性有機物，被微生物細胞體吸附，作為營(yíng)養物質(zhì)吸收代謝，產(chǎn)物主要為CO2，無(wú)二次污染，曝氣法處理流程如圖3所示。

　　2.2反硝化-硝化脫氮法

　　實(shí)驗研究表明，反硝化-硝化技術(shù)能有效降低焦化廢水的COD和氨氮含量，出水達到國家二級或三級排放標準。在實(shí)際應用中有厭氧段(A)和好氧段(O)的多級組合，國內常用的有A/O，A/A/O，O/A/O等，存在總氮去除率低、菌群繁殖慢、投資費用低等缺點(diǎn)。基于短程硝化-反硝化的O1/A1/O2/A2新工藝能有效解決氨氮、COD、揮發(fā)酚和氰達標問(wèn)題，具有良好的推廣前景。

　　2.3生物流化床技術(shù)

　　生物流化床處理技術(shù)具有活性污泥法的高效性和生物膜法的高耐受性等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)常用于對含酚廢水的處理。生物流化床是以砂、焦炭或活性炭等顆粒為載體，在其表面生長(cháng)和附著(zhù)生物膜，被處理的廢水自下向上流動(dòng)，載體顆粒處于流動(dòng)狀態(tài)。

　　3 化學(xué)處理法

　　3.1焚燒法

　　從20世紀50年代開(kāi)始應用焚燒法處理廢水，在高溫燃燒爐內廢水呈霧狀噴入并完全汽化，有機物氧化分解為完全燃燒產(chǎn)物CO2，H2O以及無(wú)機物灰渣。焚燒法對高濃度焦化廢水的處理效率高，沒(méi)有二次污染，但投資較高，在中國使用不多。

　　3.2臭氧法

　　臭氧法是應用臭氧將焦化廢水中各類(lèi)污染物高效氧化為無(wú)害物質(zhì)，達到除臭、脫色、殺菌的效果。過(guò)量的臭氧在水中分解為O2，不造成二次污染，其處理流程如圖4所示。該方法存在投資高、耗電大等缺點(diǎn)，而且對操作的要求嚴格，以防臭氧泄露對周?chē)�環(huán)境造成危害。美國近年將臭氧法應用到焦化廢水的處理中，主要用于深度處理段。

　　3.3氧氣催化氧化法

　　氧氣催化氧化法是指以O2為氧化劑，經(jīng)特定催化劑催化，在高溫和高壓實(shí)驗條件下，將廢水中溶解或懸浮的有機污染物和含氮硫的化合物氧化為N2、CO2和H2O。該法具有二次污染低等優(yōu)勢，是焦化廢水的清潔處理工藝，技術(shù)關(guān)鍵是研發(fā)高穩定性催化劑。

　　3.4光催化氧化法

　　光催化氧化法是利用氧化劑在光敏化半導體催化劑作用下經(jīng)光照射產(chǎn)生的強氧化性活性物種，將焦化廢水中的污染物氧化為無(wú)害物質(zhì)。光催化氧化法常用的催化劑是二氧化鈦，適合于低濁度、透光性好的焦化廢水體系的深度處理。

　　3.5電化學(xué)法

　　電化學(xué)法是利用電化學(xué)反應來(lái)降解焦化廢水。某些污染物可以直接在電解池中發(fā)生電化學(xué)反應，參與電解過(guò)程，而某些污染物則被電解過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧化物氧化為無(wú)害化合物。該法處理效率高，但能耗大。近年來(lái)改進(jìn)的新技術(shù)有摻硼金剛石膜電極、離子膜輔助電催化氧化和陽(yáng)極氧化/陰極電Fenton協(xié)同電催化等。

　　3.6 Fenton試劑法

　　Fenton試劑由H2O2和Fe2+混合制得，在處理焦化廢水時(shí)的作用有:①強氧化作用，經(jīng)Fe2+催化，H2O2分解為具有強氧化性的羥基自由基;②氧化速率快，由H2O2的快速分解性質(zhì)決定;③絮凝作用，產(chǎn)物氫氧化鐵和氫氧化亞鐵具有膠體性質(zhì)。應用零價(jià)鐵替代Fe2+做催化劑，可提高焦化廢水處理效率并降低費用，此外，微波-Fenton法、UV-Fenton法和電-Fenton法等聯(lián)用技術(shù)逐漸成為研究重點(diǎn)。

　　除上述介紹的三大類(lèi)焦化廢水處理技術(shù)外，近年來(lái)，部分有機污水處理新技術(shù)也被應用于焦化廢水的降解，如等離子體技術(shù)、超聲波技術(shù)、微波輻照法、超濾-納濾法等，均取得了較理想的處理效果。