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焦化废水(液)物化处理技术研究

吴高明  
【摘要】: 随着我国钢铁行业的发展,与之相配套的炼焦规模不断扩大,由此产生的焦化废水排放量成倍增加,污染强度日趋加剧。同时,由于焦化废水组成复杂,含有大量难降解组分,处理难度大,处理成本高,若能对其低成本、高效率处理并回用,必将大大减少我国废水及其污染物的排放量,有效改善环境。另外精苯废酸的治理是一个行业性难题,到目前为止,国内外还未见有效的处理技术报道,若能对其治理并回收利用,不但可以减少环境污染,而且还会产生一定的经济效益,同时对提升企业形象,提高企业竞争力将会产生积极的影响。 本文以焦化行业工艺废水(液)为研究对向,以武钢焦化公司为例,较全面的分析了焦化工艺废水的来源和废水水质,综述了该行业废水的治理现状,提出了目前焦化废水(液)治理过程中存在的问题。针对这些的问题,本研究采用当前环境污染治理技术中的前沿和研究热点技术-电Fenton技术和微波-催化氧化技术对废水中难降解组分和COD进行了降解实验,探讨了这些技术的应用可行性、降解的影响因素、反应动力学以及某些有机物的去除机理和工程化的应用等;采用传统的化工分离技术?“盐析-萃取”工艺,在实验室成功解决了粗苯精制工艺废酸综合治理并回用的行业性难题。主要研究结果如下: (1)通过对武钢焦化公司工艺分析,全面调查了焦化工艺废水的来源,分析了各股废水的污染物组成,并结合同行业其它焦化厂的废水污染治理情况,提出了焦化行业目前废水(液)治理过程中存在的主要问题:精苯废酸综合治理难;焦化废水生化处理系统的外排水COD指标达标难;苯及焦油精制工艺废水对生化系统冲击严重。 (2)采用GC/MS对焦化主要工艺废水的主要有机污染物进行了检测,剖析了目前焦化废水生化处理系统外排水主要的有机物组成及其各组分提供的COD在总有机物提供的COD中所占的比例。根据剖析结果,提出了导致目前焦化废水生化处理系统外排水COD超标的主要原因是由于来自脱苯和焦油精制两工艺过程的废水中,氮杂环类和多环芳烃类等难降解有机污染浓度高,降解率低,在生化外排水中,这两类有机物提供的COD占外排废水中有机物提供的总COD量的72.64%。 (3)电Fenton和阳极氧化对焦化废水中三种典型的含氮杂环类有机物:吲哚、吡啶和喹啉均有一定去除效果。在对吲哚的降解中,电Fenton体系对吲哚溶液的处理效果明显好于阳极氧化体系,在3小时处理时间内,电Fenton体系对吲哚的去除率比阳极氧化体系高20%左右,且两体系对吲哚的去除率与时间基本成线性关系;在对喹啉和吡啶的降解中,电Fenton和阳极氧化的降解效果基本相同。三种氮杂环有机物中,吡啶降解难度最大。 (4)阳极氧化和电Fenton对吲哚的TOC有一定程度的降解。在阳极氧化体系的作用下,吲哚溶液的TOC随时间推移趋于定值,在约16%。而电Fenton体系对吲哚TOC的去除率与时间基本成线性关系;两体系对喹啉和吡啶的TOC的降解效果较差。 (5)电Fenton、阳极氧化和三维电极对焦化废水中COD均有一定去除效果,其中三维电极体系去除效果较好,水样最终COD接近国家规定的排放标准。电Fenton、阳极氧化和三维电极对废水中的NH3-N基本无去除效果。 (6)采用载铜活性炭-微波联用技术处理焦化生化外排废水时,对COD的降解具有很好的处理效果,该联用技术明显优于单纯载铜活性炭吸附的处理效果,前者对COD的去除率比后者约高40%。采用载铜活性炭-微波联用技术对焦化生化外排废水进行处理后,可保证生化外排废水COD达标。正交试验显示,对于载铜活性炭-微波联用技术降解焦化生化外排废水的COD体系,各因素主次关系为,载铜活性炭用量对COD的去除率的影响最大,其次是微波辐射功率和辐射时间。 (7)用L/M作盐析剂、粗酚(F)作萃取剂,在适当的条件下对精苯废酸(FS)进行盐析-萃取的工艺是有效可行的。净化酸和粗酚的回收率都在95%左右。净化酸的含酚量较低(0.009-0.20%),可用于LA的生产。 (8)在采用“盐析-萃取”技术回收精苯废酸的体系中,通过三因素四水平正交试验,得出了反应系统中FS∶L/M∶F的最佳配比和最佳反应温度以及各影响因素的主次关系,其中粗酚是主要的影响因素,L/M和温度次之。粗酚的量决定分离效果,比例越高分离效果越好。L/M的量越多盐析效果越好,对分离越有利,这也体现了盐析剂在分离试验中的重要作用。 (9)在“盐析-萃取”技术回收精苯废酸的工艺中,再生后的萃取剂(混合精酚)组分及其各组分含量与原料粗酚相比,基本没什么变化,萃取剂可反复再生使用。 (10)在实验室研究的基础上,针对焦化行业工艺废水(液)治理中存在的难题提出了工业化治理的工艺路线;分析了工业化应用时可能带来的二次污染问题;粗略估算了工业化应用时的运行成本。在不改变焦化现有的废水处理主体工艺的前提下,保证生化外排水COD达标,只需对粗苯和焦油精制工艺废水进行电Fenton处理,每吨生化外排水新增成本约0.3~1.8元。


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