焦化废水的强化处理技术（精选16篇）
焦化废水处理技术
摘要：通过分析焦化废水的来源和组成成分,从生物化学法,物理化学法和电化学法三个方面介绍了焦化废水的处理技术,并且比较了不同方法的`优缺点,指出了未来焦化废水处理技术的发展方向.作 者：郝素菊 张蕾 蒋武峰 HAO Su-jü ZHANG Lei JIANG Wu-feng 作者单位：河北理工大学,冶金与能源学院,河北,唐山,063009期 刊：河北理工大学学报(自然科学版) Journal：JOURNAL OF HEBEI POLYTECNIC UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)年，卷(期)：2010,32(3)分类号：X703关键词：焦化废水 生物化学 物理化学 电化学
本工作比较了Fenton试剂氧化法、固定床离子交换树脂吸附法和流化床磁性树脂吸附法对某焦化厂废水生化工艺出水的深度处理效果,为焦化废水的深度处理工艺选择提供了新的思路。
1试验部分
试验用焦化废水生化工艺出水已达到GB13456—1992《钢铁工业水污染物排放标准》的一级排放标准[16],水质情况见表1。由表1可见,生化工艺出水中COD和色度仍较高,影响该废水的循环利用,故需要进行深度处理。
1.1 Fenton试剂氧化法深度处理工艺
采用Fenton试剂氧化法深度处理生化工艺出水的中试工艺流程见图1。废水处理流量为200 L/h。
1.2固定床离子交换树脂吸附法深度处理工艺
采用固定床离子交换树脂吸附法深度处理生化工艺出水的中试工艺流程见图2。生化工艺出水经过混凝沉淀和砂滤器处理去除部分悬浮物后,进入树脂吸附罐去除COD和色度。树脂吸附饱和后,加入脱附剂和活化剂对树脂进行脱附再生,再生后的树脂可循环用于下一个吸附周期。共进行了6个周期的吸附试验。废水处理流量为160 L/h。
1.3流化床磁性树脂吸附法深度处理生化工艺出水
采用流化床磁性树脂吸附法深度处理生化工艺出水,分别将混凝沉淀池出水和二沉池出水进行了一级树脂脱附和二级树脂脱附试验。将吸附饱和的树脂从流化床中分离出来,再生后再次投入树脂吸附罐内循环使用。废水处理流量为1 000 L/h。
1.4分析方法
采用重铬酸钾法测定废水COD[17];采用滤膜过滤法测定废水中悬浮物质量浓度[17];采用铂钴标准比色法测定废水色度[17]。
2结果与讨论
2.1 Fenton试剂氧化法处理效果
根据生化工艺出水(即Fenton试剂氧化法进水)水质,设定出水目标COD和Fenton试剂加入量,Fenton试剂氧化法处理后出水COD和色度以及COD去除率和色度去除率见表2。由表2可见,通过调节Fenton试剂加入量可以调控出水水质,Fenton试剂氧化法处理后出水COD去除率最高达75.4%,色度去除率达89.1%。
2.2固定床离子交换树脂吸附法处理效果
固定床离子交换树脂吸附法对生化工艺出水的COD和色度去除效果分别见图3和图4。由图3可见,6个试验周期的处理后废水COD平均为79 mg/L,COD去除率为49.4%。由图4可见,处理后废水的色度平均为20倍,色度去除率为96.5%。该方法对色度的去除率较高。固定床离子交换树脂吸附法需要多个吸附器才能进行连续生产,每个吸附器中的树脂在达到饱和吸附后需要进行树脂再生。
2.3流化床磁性树脂吸附法处理效果
流化床磁性树脂吸附法中试试验4个周期的COD和色度去除效果见图5和图6。
由图5可见,4个周期平均的处理后废水COD为59 mg/L,COD去除率为58.2%。由图6可见,4个周期平均的处理后废水色度为55倍,色度去除率为90.2%。流化床磁性树脂吸附法可以实现磁性树脂与废水的快速高效分离,实现对废水的连续处理,但与Fenton试剂氧化法相比,COD去除率较低。综合考虑,Fenton试剂氧化法具有更高的工程应用价值。
3结论
关键词:废水处理工艺;改进
中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)09-0021-01
太钢集团临汾钢铁有限公司焦化厂原有的废水处理采用普通活性污泥法工艺,对废水中的氨氮基本无去除能力,已不能满足环保要求。因此对此工艺进行了改进,选用生物脱氮法(A2/O2法)。
1工艺比较
原工艺流程见图1。
改造后的工艺方案包括3个部分:予处理、生化处理、后混凝处理。改造后的工艺流程见图2。
由于焦化废水中氨氮含量高(约1 000 mg/L～1 500 mg/L),需先经过蒸氨处理将氨氮降至300 mg/L以下,方可进行生化处理。由于焦化厂已有蒸氨装置,可满足脱除氨氮的要求。
2应用原理
在厌氧池中,通过填料上的厌氧活性污泥将废水中难以生物降解的有机物进行水解,酸化处理。
在缺氧池中,以进水中的有机物作为反硝化的碳源和能源,以回流沉淀池出水中的硝态氮作为反硝化的氧源。通过填料上的生物膜作为进行反硝化脱氮反应。
反硝化反应式:NO-3+2H++2e- → NO-2+H2O
2NO-2+8H++6e- → N2+4H2O
在好氧池中,通过设置的微孔曝气器来增加好氧池废水中
的溶解氧,进行硝化反应,使废水中氨氮氧化成硝态氮。
硝化反应式:2NH4++3O2→ 2NO2-+4H++2H2O
2NO2-+O2→ 2NO3-
在工艺布置上,我们采用了前置反硝化,即废水先与约3倍硝化后的废水混合后进入缺氧池,利用废水中的有机物完成反硝化反应,并产生一定的碱度,再进入好氧池,进行硝化反应,这样一方面利用了废水中有机物作为反硝化的碳源,另一方面反硝化所产生的碱度可以补充硝化反应时所需的碱度,大大降低了运行成本。
3曝气器的选择
选用高效曝气器(BZQ-W-192型球冠形可张微孔曝气器),充氧效率可达到20 %～25 %,比普通的螺旋曝气器(充氧效率10 %～12 %)提高1倍,可减少能耗,降低运行费用;曝气器托架用工程塑料(ABS)制成,曝气膜片用三元乙丙橡胶制成,具有耐腐蚀、气泡小、防倒灌功能,可防止风机停运后,污泥进入曝气器,造成堵塞。
4处理效果
现出水指标达到了环保要求,具体数据见表1。
表1具体数据
单位:mg/L
指标
日期挥发酚总氰化学需氧量氨氮pH
03010.20.3731174.387.63
03050.20.4251084.387.63
03120.20.2901062.197.89
5结论及建议
(1)生物脱氮工艺可应用于焦化废水处理,对其中的化学需氧量和氨氮有很好的去除作用。
(2)采用高效的微孔曝气器后,好氧池上消泡喷头的选择非常重要,应选择雾化效果好、流量小的喷头,以确保消泡效果。
(3)该工艺应用于焦化废水处理主要的缺点是运行费用高,其中絮凝剂和碱源成本最高,寻求一种廉价的碱源,降低运行费用是该工艺今后需要着重解决的问题。
Coking Wastewater Disposal Craft Improvement
Yang Wanrong
Abstract: My factory original wastewater disposal craft to the waste water ammonia nitrogen basic non-elimination ability, has not been able to satisfy the environmental protection request. Therefore, my factory has made the improvement to the wastewater disposal craft.
A/O法处理焦化废水新技术应用
摘要：介绍了焦化废水的处理现状,在A/O工艺中,通过投加载体,提高好氧池污泥浓度,控制溶解氧培养出好氧同步硝化反硝化颗粒污泥,收到良好效果,并对其优缺点进行了分析.作 者：高俊 赵朝立 GAO Jun ZHAO Chao-Li 作者单位：安阳钢铁集团有限责任公司,河南安阳,455004期 刊：工业安全与环保 PKU Journal：INDUSTRIAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION年，卷(期)：,34(4)分类号：X7关键词：A/O 同步硝化反硝化 颗粒污泥
浅谈焦化废水的处理方法
摘要：焦化废水污染物组成复杂,含有挥发酚、许多难以生物降解的芳番族有机物、多环化合物和氧硫氮等杂环化合物,属较难生化降解的高浓度有机工业废水.本文通过对国内外的焦化废水处理方法分析、比较,介绍几种先进有效的.焦化废水的处理技术.作 者：王锐红 作者单位：六盘水职业技术学院工业系期 刊：管理学家 Journal：GUANGLI XUEJIA年，卷(期)：2010,(7)分类号：X7关键词：焦化废水 生物法 物理化学法 深度处理
焦化废水处理方法改革探讨
山西焦化行业目前采取的废水治理措施多为A/O法、A2/O法、A/O2法,处理效果不稳定.阐述了山西鑫能焦化厂对焦化废水处理进行的改进.实践证明,采用EO-A/O2法对焦化废水进行处理,效果较好.
作 者：郝文萍 HAO Wen-ping 作者单位：山西省林业技工学校,山西太原,030009刊 名：科技情报开发与经济英文刊名：SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY年，卷(期)：19(27)分类号：X703关键词：焦化废水 EO-A/O2 山西省
根据《污水综合排放标准》 (GB8978-96) 的要求, 焦化废水氨氮不超过15 mg/L, COD不大于100mg/L。焦化废水常用的处理回收氨氮的方法有:生物法、化学法、物理法等。其中生化法主要有:A/O及其衍生工艺、活性污泥法、SBR法、固定化生物技术等;化学法主要有:化学沉淀法、催化氧化法、电化学处理技术等;物理方法有:吸附沉淀、反渗透、活性炭吸附、膜分离等技术;当前对废水中氨氮含量的要求日益严格, 本文对几种先进的氨氮处理技术进行探讨。
1 生化法
目前国内外, 焦化废水氨氮处理技术中应用最广泛的是生化法。国内普遍采取预处理加生化处理的二级处理工艺。生物脱氮原理是将有机氮通过氨化作用转化为氨氮, 然后将氨氮通过硝化反应转化为亚硝态氮或硝态氮, 再通过反硝化作用还原成单质氮气脱除, 从而达到脱氮的效果。常见的生物脱氮方法有:A/O及其衍生工艺、活性污泥法、SBR法、固定化生物技术等, 本节主要探讨A/O工艺及其衍生出来的A2/O、A/O2和A2/O2等工艺。
1.1 A/O工艺
A/O工艺又称为前置反硝化生物脱氮工艺, 有内循环和外循环两种形式。内循环是将经好氧池硝化后的污水回流到缺氧池, 而将二沉池沉淀的硝化污泥回流到好氧硝化池。外循环是原废水先经缺氧池、再进好氧池, 并将经好氧池硝化后的混合液回流到缺氧池。O段好氧池中主要发生硝化反应NH4+-N的浓度快速下降, NO3-N的浓度上升, COD和BOD也不断下降, 在A段缺氧池中, 由于反硝化菌的微生物细胞合成, NH4+-N的浓度有所下降, 因反硝化菌的作用NO3-N含量明显下降, 反应同时利用了原污水的有机物为碳源, 故COD和BOD均有所下降。
1.2 A2/O、A/O2和A2/O2等工艺
A2/O工艺是A/O工艺的延伸, 也就是进行A/O流程之前增加厌氧段。通过厌氧段的处理, 将废水中不易降解的芳香族进行降解处理。A2/O工艺脱氮是通过硝化和反硝化两步实现的, 硝化反应是指氨氮在亚硝酸菌的作用下生成亚硝酸盐, 反硝化是指亚硝酸盐在硝酸菌的作用下生成硝酸盐。A/O2工艺也是在A/O工艺的基础上增加一个反硝化工段衍生出来的, 根据焦化废水处理过程分为前置反硝化和后置反硝化, 前置反硝化需将硝化液回流至缺氧池, 后置反硝化无需回流, 但需为反硝化提供碳源。A2/O2工艺中, 废水经缺氧池处理后, 流入好氧池, 经处理后一部分进入回流沉淀池进行泥水分离, 分离后的上清液回流到缺氧池进行反硝化脱氮处理, 另一部分进入接触氧化池, 在此使有机物得到进一步降解。
1.3 四种生物脱氮工艺比较
A/O工艺具有流程简单, 运行费用低等优势, 但脱氮效率较低, 实际运行时, 脱氮率仅为40%-50%, 制约了其发展;A2/O工艺的优势在于将无氧、充氧与厌氧三种类型微生物搭配使用, 在脱氮的同时能够去除焦化废水中的有机物和磷成分;A2/O工艺相比A/O工艺, 可节省反硝化过程需要的碳源, 在碳氮比一定的情况下提高了脱氮率;A2/O2工艺对法化废水CODcr去除效果较好。
根据四种工艺在处理焦化废水运行的情况来看, 只有A/O工艺, 出现了BOD超标现象, 其他工艺均能达焦化产业政策要求, A2/O2工艺处理效果最为理想, A2/O2工艺和A2/O工艺运行费用相当, 比A/O和A/O2工艺高, 但运行稳定性和脱氮效果也好于A/O和A/O2工艺。因此, A2/O2是今后焦化废水处理的一个发展方向[1]。
2 化学法
焦化废水的化学脱氮方法主要有:化学沉淀法、催化氧化法、折点氯化法、电化学处理技术等, 本节主要讨论化学沉淀法。
化学沉淀法是在焦化废水中添加化学剂, 使其与废水中氨氮反应生成不溶物, 以沉淀的形式将氨氮脱除。最常见的是磷酸铵镁法, 在氨氮废水中添加含Mg2+与PO43-的化学试剂, 焦化废水中的NH4+与Mg2+、PO43-反应难溶性复盐Mg NH4PO4·6H2O简称 (MAP) , 通过MAP沉淀将氨氮脱除, 为后续的生化处理创造了条件。
化学沉淀法具有反应速度快、操作简单、可自动化控制、废水预处理要求不高、投资省、沉淀物可用作复合肥料等优势。n (NH4+) ∶n (Mg2+) ∶n (PO43-) 的理论值应为1∶1∶1, 但按此配比虽然氨氮去除率很好, 选用何种化学剂, 确定三种离子的比值, 成为化学沉淀法的关键。李国锋[2]研究表明强电解质Mg Cl2和Na2HPO4对氨氮脱除效果好, p H值应控制在9-9.5之间, 添加化学絮凝剂能够降低运行成本。刘小澜[3]等研究认为n (NH4+) ∶n (Mg2+) ∶n (PO43-) =1.4∶1∶0.8时, 废水中氨氮去除效果最好。
3. 物理法
处理焦化废水的物理方法有:选择性离子交换法、反渗透、活性炭吸附、膜分离等技术, 本节主要讨论选择性离子交换法。沸石是由硅 (铝) 氧四面体通过氧桥相互连接构成的骨架结构, 在其结构中便形成了很多孔道, 可以被具有移动性的阳离子和水填充, 能进行阳离子交换, NH4+有很强的极性, 且分子直径小于沸石孔径, 沸石对氨氮有较高的选择性。p H值对沸石的性能有很大的影响, p H为4~8的范围是沸石离子交换的最佳区域。离子交换法工艺简单, 易再生, 处理成本低, 适用于中低浓度的氨氮废水。对于高浓度的氨氮废水会因树脂需要频繁再生, 造成操作困难。
4. 总结
对焦化废水中氨氮脱除的各种方法, 都有自己的优缺点。近年使用两种或多种的联合脱氮方法受到人们的重视, 能够有效避免一种方法的劣势, 提高脱氮效率[4]。生物-化学联合法, 可以克服生物处理法去除率低和化学法运行费用高的缺点, 这样既可以使废水达标排放, 又减少了化学氧化剂或吸附剂的使用量, 降低了水处理成本。物理-化学联合法, 如离子交换法与化学沉淀法相结合能够回收废水中的氨氮资源和难降解有机物。深入研究先进的氨氮脱除技术, 改进工艺与设备, 探索多种方法联用, 是当前焦化废水处理行业的发展方向。
参考文献
[1]杨温.焦化废水四种生物脱氮处理工艺处理效果的比较[D].内蒙古大学, 2013.
[2]李国锋.废水中氨氮的去除[D].大庆石油学院, 2005.
[3]刘小澜, 等.化学沉淀法去除焦化废水中的氨氮[J].化工环保, 2004 (1) :46-48.
关键词：焦化废水；微生物；COD
焦化公司一般采用技术先进、成熟可靠的活性污泥法-lA，00内循环生物脱氮工艺。活性污泥法是生物法处理污水的方法之一，是利用微生物的生命活动来转化污水中的有机物和有毒物质，从而达到污水净化的目的。工艺一般的设计处理量为112m3／h，出水指标达到国际二级排放标准；而实际处理量为135m，超设计处理量20.5％，出水指标COD无法达到国家二级排放标准，其他主要排放指标均能达到国家一级排放标准。针对生产实际，我们对工艺运行中存在的问题进行了工艺改造和过程优化，经过一系列的改造实施后，在来水水质在设计要求范围内时，不仅出水指标均低于设计出水指标，而且节约了大量成本消耗。
一、工艺运行主要条件
活性污泥法具有处理效率高、运行费用低的优点，因此是污水处理厂使用最多的工艺。本单位设计工艺运行条件如下：
（一）原水处理量及进水水质要求
设计进水水量≤112t／h，氨氮≤250mg／L、COD≤3000m／L、硫化物≤50mg／L、酚≤250msm、氰化物≤15mg／L。
（二）pH值
好氧池内的pH值在7.0～7.5较为适宜；缺氧池在8.0、8.5较为适宜。
（三）溶解氧
缺氧池内的溶解氧不得高于0.5ms／L；好氧池内的溶解氧在2～4mg／L，过高将会使污泥发生自身氧化；回沉池不得高于1mg／L，否则带入缺氧池影响反硝化反应。
（四）温度
环境的温度对微生物体内的酶影响很大，实践和理论证明池内的温度保证在35℃时，微生物的生长繁殖最为旺盛。
（五）营养平衡
一般情况下按下列比例投加营养物质，缺氧池BOD5：N：P=300：5：1；好氧池BOD5：N：P=100：5：1。
二、运行中存在问题及解决方案
（一）上游产能提升，废水处理量超设计处理负荷
1.现状分析
由于上游产能的不断提升，产生的废水也相应增加。设计处理能力只有112t／h，但产能提升后实际废水量达到135t／h，超设计处理量20.5％，远远超出污泥处理负荷，造成出水无法达标排放。
2.改造方案
通过与同行业废水处理站比较发现，国内几家单位废水在好氧池内的停留时间均在10h以上，而我单位废水在好氧池停留时间仅为4.7h；同时国家环保总局于2006年发布实施了《生物氧化成套装置》标准，其中规定，COD容积负荷不大于1kg／(m。d)，借鉴此标准，生物活性污泥法COD容积负荷也不应超过1kg／(md)，而我单位在实际生产中COD容积负荷大于2.31kg／(md)，可见好氧池容积远远小于生产需要。
3.效果分析
改造后两套A／O内循环生物脱氮工艺并列运行，有效减小了公司的生产压力，同时出水COD合格率得到了显著提高，而且COD总含污量也大幅度下降。
（二）原水波动大，对系统冲击影响很大
1.现状分析
上道工序在检修和特殊操作时，原水水量波动较大，而且水质较差，尤其是氨氮和硫化物含量较高，常常是设计进水要求的5倍以上。高浓度废水进泥污泥浓缩池出水人系统，不仅对系统造成很大的冲击影响，系统恢复时间较慢，而且高浓度的硫化物对系统内微生物有很强的毒害作用，甚至造成微生物大量死亡，影响微生物对有害物质的去除，出水COD和氨氮偏高。
2.解决方案
公司将原有的两个调节池改为一个事故池一个调节池，当蒸氨系统不稳定或净化分厂检修期间，来水进事故池，当来水水质较好时再逐量带人调节池，这样有效减小了冲击影响。当来水硫化物较高时，采取临时在调节池投加硫酸亚铁，在预处理阶段去除大量硫化物，以减小其对系统的毒害作用。
3.效果分析
事故池的合理利用，有效避免了上游水质较差对系统的冲击影响，保证了系统的稳定运行；采取临时投加药剂的方法，不仅保证了进人生化处理段的水质，而且为后处理提供前提条件。
（三）工业水用量较大
1.运行现状
由于原设计要求在进入生化处理段前要加入稀释水，以保证进入生化处理段氨氮≤150mg／L、COD≤1650mg／L，所以在生产中要加入120t／h的工业水进行稀释，另外，好氧池的消泡用水也在80t／h，这样每年要消耗稀释水(120+80)t／h×24h／dX365d／a=175万。这样不仅增加了工业水的消耗，还增加了公司的排污量及排污费用。
2.解决方案
所有的稀释水和消泡水，由公司的中水所代替，并对消泡水进行加压，以保证消泡压力。
3.效果分析
刚采用中水作稀释水和消泡水时，由于中水在处理过程中添加了很多药剂，尤其是添加的次氯酸钠，对系统中的微生物产生了很强的毒害作用，造成微生物大量死亡，出水COD严重超标。但公司攻关组及时对中水进行攻关调整，目前系统运行较好，污泥性质也在要求范围内。
（四）设备检修、特殊操作下产生的废水进入下水
1.运行现状
在设备检修或特殊操作下，势必将造成一部分没有经过完全处理的废水进入下水，直接导致出水超标。
2.解决方案
对各种废水处理设备和设施修筑围堰，对废水进行回收再处理。
3.效果分析
不仅美化了现场作业环境，还有效提高了出水合格率。
（五）无在线监测装置
系统内无在线监测装置，造成生产调控比较被动。在生化处理段，添加了溶解氧和pH值在线监测装置，以能够及时掌握系统的生产情况，从而对控制参数做出及时有效的调整。
三、运行效果
经过我们一年多的摸索和尝试，来水水质在要求进水水质条件下，出水均能稳定达标排放，而且远低于设计出水指标。经过不断的过程优化，在外来水质无超标的情况下，每年可为公司节约大量药剂成本和大量工业水。
四、发展前景
虽然经过我们不懈的努力，已取得良好效果，但系统仍存在一些问题：无后续混凝沉淀系统、好氧池容积太小，停留时间过短，出水指标无法达到国家一
A/O工艺处理焦化废水的工程实践
摘要：采用以A/O法为主的工艺处理焦化废水,运行结果表明,该工艺处理效果良好,二沉池出水中主要污染物指标达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的`二级标准,经深度处理后出水中主要污染物指标达到GB8978-1996中的一级标准.作 者：陈长松 李天增 张宝林 李楠 CHEN Chang-song LI Tian-zeng ZHANG Bao-lin LI Nan 作者单位：桑德环保集团,北京,101102 期 刊：环境科学与技术 ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2006, 29(10) 分类号：X703 关键词：A/O工艺 焦化废水 工程应用检测控制装置在焦化废水处理工程中的应用
结合八钢焦化分厂酚氰废水处理工程实例,简述了生物脱氮工艺处理焦化废水的基本原理、工艺流程和检测控制装置在废水处理过程中的`应用及其效果.
作 者：刘晓峰 LIU Xiao-feng 作者单位：新疆钢铁设计院,新疆乌鲁木齐,830022刊 名：能源工程英文刊名：ENERGY ENGINEERING年，卷(期)：2008“”(3)分类号：X703.3关键词：焦化废水 兼氧-好氧(A/O)工艺 检测和控制要点
1 焦化废水
1.1 焦化废水来源
焦化废水的来源主要有以下几个方面[1]:
(1)剩余氨水——是焦化厂最重要的酚氰废水源,含氨浓度高。它是由炼焦配合煤表面的湿存水和干馏过程中产生的化合水、以及冷凝工段吹扫管道的蒸汽冷凝水所组成,占入炉煤量的10%~14%左右。
(2)酚水——是煤气净化和化工产品精制过程中产生的分离水。
(3)生产、生活区域内产生的各类生活污水。
1.2 焦化废水的组成及性质
焦化废水成分复杂,其水质随原煤组成和炼焦工艺而变化。所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等,是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。无机污染物主要以氰化物、硫氰化物、硫化物、按盐、硫酸盐等无机盐类为主,约占总COD的30%左右,其中氨盐含量最高。
由于焦化废水中含有多种有机和无机污染物,如果直接排入水体,将会造成水体缺氧,危害水生生物。其中所含的某些酚类物质还可引起蛋白变性和沉淀,对细胞直接发生毒害作用,在所含的多环芳烃和杂环化合物中,已有不少被认为是致癌和致突变物质,排入水体后多环芳烃可在各种水生生物体内积累,通过食物链最终进入人体而产生毒害。
1.3 废水生化处理技术
焦化污水的净化处理,目前多采用生化处理方法。在自然界中,存在着依靠有机物生存的微生物,它们有氧化分解有机物的巨大能力,这些微生物能对污水中的酚、氰等有机物进行吸附和分解以满足其生存的特点,把有机物最终变成二氧化碳和水,这种方法处理焦化污水有很好的效果,已经在各地焦化厂得到广泛应用。生化处理法按微生物的种类和运行方式主要有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、生物接触氧化法、生物氧化沟、A/O法、A2/O法、生物流化床等。
2 技改前废水处理工艺及状况
2.1 废水处理现状
目前平煤集团天宏焦化公司焦炭年产量为120万吨,废水总量达40吨/小时。公司现有酚氰废水处理装置一座,利用活性污泥法,分两段曝气,其中二段停用。设计处理能力为70吨/小时,主要处理蒸氨废水和来自厂回收车间各工段所排放的焦化废水。水质情况如表1。
(mg/L)
(mg/L)
氨水处理工艺流程如下图:
处理效果见进水、出水指标列表:
2.2 现有工艺存在问题原因分析
(1)目前工艺无法除去废水中氨氮。限于当时的技术水平和国家当时的排放标准还没有将氨氮指标纳入排放规定,没有设计建造硝化和反硝化设施,现生化处理装置出水中的氨氮指标远达不到现行国家规定的排放标准。
(2)与此生化废水处理装置相配套的蒸氨工序运行不正常,设计处理能力偏低(30吨/小时),满足不了焦炉改扩建后废水处理量的需要,致使约1/3的原氨水得不到处理,直接送至焦炉熄焦和煤场喷洒,气味较大。既加快了设备腐蚀,又恶化了生产操作环境。
(3))氨水除油效果差,蒸氨塔填料被油污堵塞,造成了频繁的停工清扫,蒸氨效果下降并波动较大,人为地加大了曝气池进水所配用的清水量,增加了废水处理成本,加大了生化处理的难度。
3 废水处理新工艺的选择
3.1 脱氮技术的选择
本次改造的目标是:选择适当的污水处理方法,充分利用现有设施、设备,降低改造投资,使出水指标达到国家排放标准要求。基于这一原则,通过对文献中几种生物处理方法的比较,并对安钢焦化厂、济钢焦化厂等单位的废水处理效果进行了考察,结合我公司的实际情况,决定采用缺氧——好氧联合处理技术(即A/O法)。
A/O工艺是生物脱氮技术之一。通过好氧池的硝化反应将氨氮转化亚硝酸氮、硝酸氮,再通过缺氧池的反硝化反应将硝态氮转化为氮气从水中逸出而达到脱氮的目的;在反硝化反应时,微生物利用废水中的有机物作为碳源,进行无氧呼吸,分解有机物,可取得较高的COD和BOD去除率;同时微生物在好氧池中进行去碳、消化的同时,还能大量吸收溶解性的磷酸,并将它储存在细菌体内,随着污泥而排去,以达到脱磷的效果[2]。
3.2 工艺流程的选择
本次改造处理工艺流程如图:
A/O工艺与传统的多级生物脱氮工艺相比主要有如下优点[3]:
(1)流程简单,构筑物少,大大节省了基建费用,且运行费用低,占地面积小。
(2)以废水中的含碳有机物和内源代谢产物为碳源,节省了投加外碳源的费用并可获得较高的C/N比,以确保反硝化作用的充分进行。
(3)好氧池在缺氧池之后,可进一步去除反硝化残留的有机污染物,确保出水水质达标排放。
(4)缺氧池置于好氧池之前,由于反硝化消耗了废水进水中一部分碳源有机物BOD,既可减轻好氧池的有机负荷,又可改善活性污泥的沉降性能,以利于控制污泥膨胀。
(5)反硝化过程产生的碱度可以补偿硝化过程对碱度的消耗。
3.3 预处理
(1)废水除油工艺
焦化废水中含有固体悬浮物和油类,它会造成蒸氨设备堵塞,同时生化反应中的微生物只能在油含量小于50 mg/L的条件下存活,所以应将这部分物质去除。
在预处理部分设置重油除油池,将大于l g/m L的焦油通过自然沉降到底部,然后送至焦油氨水澄清槽处理。同时设置浮油除油器,将比重小于1 g/m L的浮油和乳化油从其上部用撇油管收集去除,通过除油也可以除去部分COD,降低COD负荷。
(2)废水蒸氨工艺
进入曝气池处理的污水中NH3-N含量不能太高,超过允许的极限时,将会造成微生物中毒。因此生化处理时必须配入大量的清水,这样就会大大增加运行成本费用。所以,废水进入生化处理前,必须进行蒸氨预处理,尽量脱除氨水中的挥发氨。同时在入塔氨水中配如一定量的烧碱溶液,用于分解氨水中的部分固定铵盐,尽可能的降低废水中NH3-N的含量,以满足微生物处理的要求。
4 废水处理工艺、设备及设施改造
新工艺确定后,我们根据设计要求,对现有在用和闲置的设备、设施进行了统计、计算,确定了以下较为理想的改造方案。
4.1 除油系统改造
(1)原除油池仍作为重力除油池,将大于l g/m L的焦油通过自然沉降到底部,定期送往鼓冷工段焦油氨水澄清槽处理。
(2)新增两台除油器,将比重小于1 g/m L的浮油和乳化油从废水中脱除。它是利用气浮浮上分离的特点,用叶轮向废水中通入大量的微细气泡,气泡与油珠相互粘附在一起,在上浮时将油珠带至水面并被刮出,送往鼓冷工段焦油氨水澄清槽处理。
(3)将现用的均合池、调节池、事故池进行工艺管线改造,再增加两台氨水泵,即可满足安装运行除油器的工艺要求。
4.2 蒸氨系统改造
(1)由于A/O脱氮工艺对废水中NH3-N含量的稳定性要求较高,需建造一台抗堵性强、处理量大(50吨/小时)的泡罩式不锈钢蒸氨塔。
(2)在蒸氨前增加一套加碱装置,用于分解氨水中的部分固定铵盐,尽可能的降低蒸氨废水中NH3-N的含量。
4.3 缺氧池、好氧池改造
(1)将闲置的原二段曝气池隔开,前段做缺氧池,后段作好氧池。
(2)缺氧池池内安装滤料,便于细菌附着形成生物膜,提高废水处理效果。另外在下部废水入口设置布水装置,使废水均匀分散流动。
(3)好氧池内均匀安装高效膜片式微孔曝气器,安装密度2套/m2,以保证溶解氧浓度。
(4)原闲置的二段沉淀池仍用作污泥沉降池,出水(上部清液)一部分做回流用,其余外送焦炉、洗煤及煤场。
4.4 其它新增设备
(1)原鼓风机设计风压偏低,需新增两台高压鼓风机,用于好氧池曝气。
(2)制作一个储罐,用于废水配制及上清液回流储存。(3)新增两台离心泵,用于缺氧池进水及上清液回流。
(4)挖砌一个地下加碱槽,并配置两台加碱泵,用于好氧池连续加碱,调节pH值。
5 新工艺运行情况及存在的问题
5.1 A/O工艺运行情况
改造完成后,按照开工方案进行好氧细菌、消化细菌和反硝化细菌的培养、驯化,然后将缺氧-好氧连接运行。稳定运行一段时间后,根据化验结果对进水浓度、好氧池加碱量、溶解氧等指标进行调整和观察,掌握了一组较为合适的工艺运行指标,出水指标得到了稳定有效的控制,达到了预期的废水处理效果。
5.2 存在的问题
(1)缺氧池进水泵体及管道结垢严重,影响了A/O工艺的正常运行。
(2)虽然处理后酚、氰、氨氮等指标得到了控制,但COD指标仍不理想,需继续优化工艺。
(3)缺氧池进水和回流缺少布水器,上下流水不均匀,挂膜及反硝化效果均不太理想。
(4)前期改造完毕且运行后,处理量还不能满足要求,需要继续进行二期改造,达到废水全部处理。
(mg/L)
6 结 论
运行结果表明,A/O工艺既能脱氮也能将废水中大量的有机物降解去除,是一种较为理想的废水处理技术,处理后的废水基本上可以达到国家二级排放标准。
摘要：对原有的焦化废水处理工艺存在的问题进行了研究,借鉴了国内外同行业在废水处理技术方面取得的经验,采用了先进的A/O脱氮技术,对原有的废水处理设施进行了改造,并在实际运行中探索出了最佳的工艺运行条件,缓解了公司所面临的环保压力。
关键词：焦化废水,A/O脱氮技术
参考文献
[1]范伯云,李哲浩.焦化厂化产生产问答[M].北京:冶金工业出版社,1999,6:88.
[2]冯晓西,乌锡康.精细化工废水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2000,3(1):115-116.
试验采用A2/O 生物膜工艺处理焦化废水,对A2/O 处理焦化废水的工艺参数进行了优化研究.结果表明,在水力停留时间为39 h(其中:厌氧酸化6 h,缺氧反硝化10 h,好氧23 h),控制好氧段溶解氧质量浓度为3～6 mg/L,出水pH为6.8～8.0,混合液回流比R＝3的情况下,可以得到良好的脱氮和除碳效果.
作 者：邱贤华 李明俊 曹群 黄小杰 章昆仑 张丹凤 QIU Xian-hua LI Ming-jun CAO Qun HUANG Xiao-jie ZHANG Kun-lun ZHANG Dan-feng 作者单位：邱贤华,李明俊,曹群,张丹凤,QIU Xian-hua,LI Ming-jun,CAO Qun,ZHANG Dan-feng(南昌航空工业学院,环境与化学工程系,江西,南昌,330034)
黄小杰,HUANG Xiao-jie(合肥市环境保护局,安徽,合肥,230001)
章昆仑,ZHANG Kun-lun(安徽丰乐农化有限责任公司,安徽,合肥,230031)
刊 名：合肥工业大学学报（自然科学版） ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE) 年，卷(期)： 29(5) 分类号：X703 关键词：焦化废水 除碳 生物脱氮 氨氮 厌氧-缺氧-好氧生物膜工艺
制药废水的混凝强化生物处理试验研究
摘要：介绍了一种新的制药废水处理方法--混凝强化生物处理技术.将少量的硫酸亚铁混凝剂与废水混凝后进入生物曝气池运行,混凝过程形成的沉淀颗粒既能支持微生物的生长,又能在其表面形成生物活性膜,成为污泥菌类理想的`载体,从而强化了生物处理的去除效果.该方法所需投加混凝剂的质量浓度仅为50 mg/L,处理后产生的污泥量少,且污泥的沉降性能好.与常规的生物处理法相比,具有处理负荷高、去除效果明显等优点.并从混凝作用、生物膜的形成、铁离子对微生物的电子传递及催化作用等方面探讨了混凝强化生物处理的作用机理.作 者：刘家辉 Liu Jiahui 作者单位：苏州科技学院化学化工系,江苏,苏州,215009 期 刊：工业水处理 ISTICPKU Journal：INDUSTRIAL WATER TREATMENT 年，卷(期)：2006, 26(9) 分类号：X703.1 关键词：混凝强化生物处理 混凝剂 制药废水
所以, 焦化废水是一种高浓度 (COD) , 高氨氮有机废水。
1 焦化废水水质及特性
剩余氨水未经脱酚蒸氨时
上述水经脱酚蒸氨后
氨氮=300 mg/L左右
焦化废水所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等, 是一种典型的含有难降解有机化合物的工业废水, 焦化废水中的易降解有机物主要是酚类化合物和苯类化合物, 砒咯、萘、呋喃、咪唑类属于可降解类有机物, 难降解的有机物有砒啶、咔唑、喹啉、吲哚等。
焦化废水生化性很差, 其生化性指标一般为0.2~0.3, 属难生化处理工业废水。
2 焦化废水生化处理工艺
现阶段焦化废水处理生化部分常采用处理工艺, 即厌氧 (水解酸化) ———缺氧 (反硝化) ———好氧 (碳化) ———好氧 (硝化) ———沉淀处理工艺。在生化处理前需进行预处理, 包括蒸氨后的水冷却及去除残留于废水中的煤焦油。在生化处理后根据出水水质要求需进行深度处理, 包括吸附或膜过滤, 本文不涉及预处理及深度处理部分, 仅对焦化废水的生化处理设计要点进行论述, 如下:
2.1 厌氧 (水解酸化)
水解酸化作用是提高焦化废水的可生化性。水解酸化对于焦化废水的处理十分必要, 难降解的多环芳香烃和杂环化合物经水解和产酸能转化为简单的低分子有机物, 为后续处理提供易于氧化分解的有机底物, 从而提高废水的可生化性。
2.2 缺氧 (反硝化)
缺氧反应主要是以来自好氧回流为电子受体, 以有机物为电子供体, 将还原为N2, 同时将有机物降解, 并产生碱度。与一般的脱氧除磷工艺稍有不同, 焦化废水在缺氧段还能去除大量难降解有机物。
由于焦化废水属高氨氮有机废水, 因此也有必要设单独的反硝化处理单元。
2.3 好氧 (碳化)
好氧 (碳化) 的作用是异养菌在有氧条件下降水中BOD转化为二氧化碳和水。只有水中的BOD浓度较低而异养菌不能占优势的前提下, 才能使硝化菌占据优势, 将水中的氨态氮进行硝化。实际上好氧 (碳化) 是为后续的好氧 (硝化) 创造有利条件。
2.4 好氧 (硝化)
好氧 (硝化) 的功能是自养菌 (硝化菌) 在有氧条件下, 将水中的氨氮氧化为硝态氮。
焦化废水属高氨氮有机废水, 因此硝化反应是关系到处理成败的很关键的环节。
3 焦化废水生化处理设计要点
焦化废水属于高有机物浓度、高氨氮、难降解有机废水, 除采用正确的处理工艺外, 必须遵循以下设计要点。
3.1 生化处理进水对微生物有害物质控制浓度
焦化废水进入生化反应前一般应使下列物质控制在限定浓度以下。
挥发酚不高于300 mg/L
氰化物不高于40 mg/L
硫化物不高于30 mg/L
挥发氨不高于30 mg/L
苯不高于50 mg/L
进水中上述物质如果超过限定浓度, 就会对微生物产生抑制作用, 使微生物失去活性, 导致废水处理运行失败。
3.2 碳氮比
废水生化处理需要一定比例的氮元素, 而生化脱氮反应则需要一定比例的有机碳, 因此, 焦化废水的生化处理满足一定的碳氮比 (C/N) 至关重要。A/O工艺中应有充足的碳源供硝化和反硝化细菌利用。反硝化效率随C/N提高而上升, 焦化废水C/N比应大于6~7才能有满意的脱氮效果。
3.3 回流比
为了提高脱氮效果, 必须提高混合液及活性污泥回流比, 因为提供反硝化的NO3-、NO2-愈多, 回流比愈大, COD和硝酸盐氮去除效果愈好, 但是相应动力消耗愈大, 一般认为回流比4~6最经济。
3.4 主要设计参数
提供几个主要设计参数, 以供参考
泥龄θC=30~60 d
4 结语
焦化废水属高浓度高氨氮有机废水, 且生化性较差, 其含有难降解的多环烃及杂环烃有机物。必须采用生化——物化处理方式才能达到要求的处理标准。其生化处理部分必须遵循上述原则, 否则其COD和难以同时达标。
摘要：焦化废水是一种高浓度、高氨氮、难生物降解的工业废水。本文简要论述了处理该废水所采用的主要工艺, 以及各个处理环节的设计要点及采用的相应参数。
关键词：焦化废水,碳氮比,生化处理
参考文献
[1]邵林广, 陈斌, 等.缺氧-好氧固定床生物膜系统处理焦化废水的试验研究.给水排水, 1995 (3) .
处理含有机污染物废水的新万法--胶团强化超滤
胶团强化超滤是一种处理含有机污染物废水的新技术.该技术利用表面活性剂胶团对有机物的增溶作用,结合超滤工艺,进而达到去除有机污染物的目的`.文章详细介绍了胶团强化超滤处理含有机污染物废水的原理、影响因素,分析了该技术目前存在的问题以及今后的发展方向.
作 者：武娇一 曾光明 黄瑾辉 许柯 Wu Jiaoyi ZENG Guangming Huang Jinhui Xu Ke 作者单位：湖南大学环境科学与工程系,湖南,长沙,410082 刊 名：工业水处理 ISTIC PKU英文刊名：INDUSTRIAL WATER TREATMENT 年，卷(期)：2005 25(5) 分类号：X703.1 关键词：胶团强化超滤 表面活性剂 有机污染物焦化废水所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等, 是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水[1]。目前焦化废水一般按常规方法先进行预处理、然后进行生物脱酚二次处理, 但是, 焦化废水经上述处理后, 外排废水中氰化物、CODcr及氨氮等指标仍然很难达标。针对这种状况, 近年来国内外学者开展了大量的研究, 找到了许多比较有效的焦化废水治理技术。这些方法大致分为物化法、生物法和化学法三类 。
各种处理技术各有千秋, 都有各自的优缺点, 但我们能从中看出, 生物处理方法常作为二级处理, 在没有预处理的情况下, 单纯依靠二级处理很难将废水中氰化物、CODcr及氨氮等指标处理至国家标准, 要达到国标往往投资巨大。这就要求人们在处理焦化废水的时候从预处理着手, 寻求一种预处理技术, 使在预处理的过程中废水中氰化物、CODcr及氨氮等难降解的指标得到一定程度的降解, 为后续的处理提供条件。在众多的预处理技术中, 对海绵铁的研究越来越引起人们的关注。兰州交通大学沈丽娜[2], 等对海绵铁处理低浓度含酚废水进行了研究, 取得了令人满意的效果, 海绵铁以其优越的特性在降解助色大分子物质中起到了至关重要的作用。经过前人多年的研究以及经验的总结, 我们不难看出海绵铁以其独特的优越性, 在废水的处理中越来越受到人们的青睐, 面对焦化废水在废水处理中的困难, 我们有理由相信海绵铁在处理焦化废水时也能发挥出其神奇的力量, 为焦化废水的处理打开一条新路。
海绵铁是一种新型的水处理材料, 它是由精矿粉和氧化铁磷经过研磨、磁选后再高温烧结, 然后冷却、冲洗、破碎, 再重新磁选和筛选得到的多孔状颗粒物质, 为疏松海绵状, 外观呈灰黑色, 主要成分为铁氧化物。
海绵铁的组成及各项性能指标如表1所示。
海绵铁与传统水处理中的铁屑滤料很相似, 它具有比表面积大、比表面能高以及电化学富集、氧化还原、物理吸附、絮凝沉淀性能更好等特点, 水处理效果更好, 且其价格低廉、再生简单等优点, 故近年来越来越受到关注。
2 实验部分
2.1 实验所用废水
以焦化废水为实验用水, 焦化废水取自兰州某焦化厂氨洗车间排放的废水, 具体水质指标见表2。
2.2 静态实验方法
量取一定量的焦化废水于锥形瓶中, 加入适量的海绵铁, 室温下在转速为120r/min的恒温振荡器中充分反应一段时间, 取下锥形瓶静置30min, 取上层清液用中速滤纸过滤, 去除悬浮物和海绵铁粉末的干扰[4]。用标准的钠氏试剂光度法[5]在分光光度计上以420nm波长测定废水的吸光度, 并从工作校正曲线上求出相应的NH3-N浓度, 计算NH3-N去除率。用重铬酸钾滴定法[5]测定CODcr的值, 并计算去除率, 用稀释倍数法[5]测其色度, 并计算去除率。
2.3 动态实验方法
本实验设计用有机玻璃柱, 内径36mm, 长约400mm, 底部放置约2cm高的粒径均匀的卵石填料, 海绵铁放在卵石上部。控制水力负荷分别为1.23、1.57、2.36、4.72m3/m2·d, 在不同的水力负荷下研究填料对废水各项指标的去除效果。装置如图1所示。
3 结果与讨论
3.1 静态实验
3.1.1 海绵铁粒径对实验的影响
用量筒量取5份焦化废水水样100 mL, 分别置于250 mL的锥形瓶中, 称取粒径分别为<0.5、0.5～1、1～2.0、>2.0mm的海绵铁各20g于锥形瓶中, 然后置于转速为120r/min的恒温振荡器上振荡60min, 按实验方法2.2计算各指标的去除率, 得到不同粒径海绵铁对水样中各个指标的去除率的影响, 实验结果见图2。
由图2可知, 海绵铁粒径越小处理效果越好, 在粒径<0.5 mm时, 色度, CODcr, 氨氮的去除率分别达到85%, 30%和22%。分析原因主要是海绵铁粒径小, 单位重量海绵铁中所含的海绵铁颗粒越多, 所形成的原电池就多, 使电极反应、絮凝过程、电场作用增加。另外, 海绵铁粒径越小, 其比表面积大, 其它条件相同的条件下, 比表面能高, 吸附作用强, 去除效果好。但海绵铁粒径越小, 在实际运行中, 其磨损率越大, 水力阻力加大, 成本增高。从水质要求、经济成本综合考虑, 实验时选取0.50～1.0mm的粒径。
3.1.2 作用时间对实验的影响
用量筒量取5份焦化废水水样100 mL, 分别置于250 mL的锥形瓶中, 称取粒径为1～2mm的海绵铁20 g于锥形瓶中, 然后置于转速为120 r/min的恒温振荡器上分别振荡30、40、60、80、120min, 按试验方法2.2进行计算各指标的去除率, 得到海绵铁作用不同的时间对水样中各个指标的去除率的影响, 实验结果见图3。
如图3所示:随着处理时间的延长, 处理效果越来越好, 在40min时, 色度的去除率就能达到80%以上, 到60min时CODcr和氨氮的去除率分别为32%和28%, 但当反应时间增加到一定程度时, 去除率总体趋于平缓, 甚至呈现出略有下降和反复的趋势。这是因为处理时间加长, 海绵铁和废水接触时间延长, 使得溶液中的各种反应进行得更充分。但随海绵铁和废水接触时间延长, 并不能使其中的各种反应无限延长, 同时, 随着时间的延长, 本已吸附在海绵铁上的物质可能发生脱附的现象, 对于一些通过电极反应被分解的有机物随着时间的进行可能会重新合成新的有机物, 反而使CODcr, 色度, 氨氮等物质增加, 从而使去除率降低。综合考虑以上因素, 并结合实际工程中的经济因素, 反应时间应控制在60min左右。
3.1.3 海绵铁用量对实验的影响
用量筒量取5份焦化废水水样100mL, 分别置于250mL的三角烧瓶中, 分别称取粒径为1.0～2.0mm的海绵铁5、10、15、25、30g放入三角烧瓶中, 然后置于转速为120r/min的恒温振荡器上振荡60min, 按试验方法2.2进行计算各指标的去除率, 得到不同海绵铁投加量对水样中各个指标的去除率的影响, 实验结果见图4。
如图4可知:随着海绵铁投加量的增加, 废水中CODcr, 氨氮, 色度去除率明显提高。当加入20g海绵铁时去除率能取得比较好的效果去除率分别为74%、29%、18%。
分析其原因主要是由于海绵铁投加量的增加使原电池数增加, 电极反应的量也增加, 电化学反应、絮凝作用加强。另外, 海绵铁投加量的增加使集中吸附剂的量增加, 提高了去除率, 然而, 当海绵铁的投加量进一步增加时, 去除率趋于缓和并且略有下降, 分析其原因可能是反应生成的Fe2+ 等无机离子随过滤进入水样中, 使废水产生异色或浑浊, 从而引起干扰, 导致色度和水中还原物质的增加, 从而使各项指标的去除率下降。因此, 综合考虑以上原因, 选择海绵铁的投加量为20g。
3.1.4 pH值对实验的影响
用量筒量取5份焦化废水水样100mL, 分别置于250mL的锥形瓶中, 称取粒径为1～2mm的海绵铁20g于锥形瓶中, 用盐酸和氢氧化钠溶液调节其pH值分别为4、6、8、10、12。然后置于转速为120 r/min的恒温振荡器上振荡60min, 按试验方法2.2进行计算各指标的去除率, 得到海绵铁作用不同的时间对水样中各个指标的去除率的影响, 实验结果见图5。
如图5可知:随着pH值的增加, 废水中NH3-N去除率明显提高。分析其原因可能是:海绵铁在碱性条件下的电极反应如下所示:
碱性介质:O2+2H2O+4e→4OH-
E0 (O2/OH-) =0.41v
NH3-N的去除最终体现在转变成NO3- , 方程式如下所示:
NH4++2O2→NO3-+2H++ H2O–351KJ
从方程式[6]可看出, 在NH3-N转变成NO3- 过程中pH会降低, 在酸性条件下, 海绵铁对废水中的NH3-N去除率较低, 甚至呈现升高现象, 但随着pH的升高, 尤其在碱性条件下, 能够提供废水硝化过程中所需的碱度, 因此, 在碱性条件下对NH3-N的去除效果较好, 选择pH值为12时, 废水中NH3-N去除率达到67%。然而, 在酸性条件下海绵铁对色度和CODcr的去除率明显好于碱性环境下的去除率。由图3可知当pH值在近酸性的条件下, 去除率最好, 因为由于海绵铁的存在, 在溶液中产生如下的电极反应:
阳极: Fe→ Fe2++2e
EΘ (Fe2+/Fe) =-0.44V
阴极过程: 2H++2e →H2
EΘ (H+/H2) =0.00 V 酸性介质
。当有O2时:
O2+4H++4e →2H2O
EΘ (O2/H2O) =1.23V
O2+2H2O+4e→4OH-
EΘ (O2/OH-) =0.41V
由电极反应方程式可得, 降低pH值可使电极反应2Fe+4H+→2Fe2++4[H]的平衡向右移, 新生态的[H]和Fe2+浓度增加, 海绵铁及其新生态的[H]、Fe2+等与废水中的一些组分发生氧化还原反应, 从而提高了去除效果。另外, 从电极电位可知, 氧的标准电极电位在酸性介质中高, 因此降低废水的pH值可相应的提高氧的电极电位, 促进电极反应的进行。同时, 在酸性条件下, 也有利于去除海绵铁表面的钝化物质, 增加有效的反应面积, 提高反应速度。但pH值过小, 酸耗及海绵铁耗量增加, 水中存在大量的Fe2+使出水颜色加深, 引起后续处理等问题。因此, 最佳的pH值应控制在接近酸性或中性。
3.2 动态实验
本实验设计了有机玻璃实验柱, 内径为36mm, 长约400mm, 下部放置约2cm高的粒径均匀的卵石填料, 海面铁填料高度是卵石的四倍左右, 控制水力负荷分别为1.23、1.57、2.36、4.72 m3/m2·d, 取出水测其各项指标, 结果见图6。
如图6所示:随着装置水力负荷的提高, 废水的出水水质呈下降趋势。当水力负荷为1.23m3/m2·d时, 各项指标的去除率都比较理想。分析原因主要是随着水力负荷的增大, 水力停留时间变短, 废水和海绵铁没有进行充分反应, 导致去除率下降, 但如果水力负荷过小会影响实际工程中的处理量, 因此在实际运行中, 应保持水力负荷不低于1m3/m2·d。
3.3 海绵铁板结机理分析
在动态实验的过程中, 我们发现, 随着时间的进行, 海绵铁出现板结现象, 致使海绵铁无法正常取出, 这是实际工程应重视的问题, 如果一旦出现板结, 就会使海绵铁与焦化废水的接触时间缩短, 从而使反应不够充分, 而且会有一部分悬浮物穿过海绵铁和垫衬层, 导致出水水质下降, 这也是本试验在运行后期出水水质降低的原因。
3.3.1 海绵铁板结的原因
由于海绵铁在废水中发生了化学反应, 在中性或偏酸性的水体中海绵铁本身及其所产生的新生态的Fe3+可与水中的PO34-等阴离子发生化学反应, 生成难溶的一层厚厚的膜, 吸附在海绵铁的表面, 导致其发生板结[7]。
3.3.2 防止海绵铁板结的方法
根据研究资料可得, 添加一些多孔的吸附剂, 如陶粒等, 能够很好的减缓板结现象的发生, 多孔的吸附剂能够提供巨大的缓冲空间, 给生成的难溶物质提供附着的场所, 另一方面, 海绵铁与加入的吸附剂相互接触, 也能在一定程度上使部分的难溶物质脱落。从而保持海绵铁的活性。
4 结论
(1) 静态实验结果表明:当pH为6, 海绵铁粒径<0.5mm, 投加量20g, 反应时间60min时, 废水中色度和CODcr的去除效果最好, 而当pH为12, 海绵铁粒径<0.5mm, 投加量为20g, 反应时间为60min时氨氮的去除率最好。考虑到实际工程中, 氨氮在后续二级处理中能够很好的降解, 本实验只是作为焦化废水的预处理, 所以pH值应该控制在偏酸性或中性的环境。
(2) 动态实验结果表明:随着水力负荷的增大, 废水中各项指标的去除率越来越差, 当水力负荷为1.23m3/m2·d时, 海绵铁对废水中色度, 氨氮和CODcr的去除率都很好。虽然水力负荷越小, 出水水质越好, 但在实际工程中, 考虑到处理量和实际的经济问题, 应维持水力负荷不低于1m3/m2·d。
(3) 海绵铁预处理焦化废水, 是由电化学作用、氧化还原、电场作用、絮凝沉淀以及物理吸附等共同作用的结果。
(4) 海绵铁预处理焦化废水, 操作简单, 效果比较明显, 对焦化废水在传统的处理过程中遇到的色度难降解, 生化性不好等问题有比较好的处理效果。且经济可行、易于工业化。海绵铁作为一种待开发的新型水处理材料是可以用来预处理焦化废水的。
摘要：设计采用静态和动态实验, 研究海绵铁预处理焦化废水。静态实验在海绵铁的粒径、pH值、反应时间、海绵铁的投加量四个方面研究其最佳处理条件, 分别为12 mm、6min、60min、20g;动态实验模拟实际工程, 研究海绵铁在不同水力负荷下对废水中的色度, 氨氮, 和CODcr的去除率, 为实际工程提供设计依据和经验参数。实验结果表明, 水力负荷越小, 出水水质越好, 但工程中应保证水力负荷不低于1m3/m2.d。
关键词：海绵铁,焦化废水,CODcr,色度,氨氮
参考文献
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