焦化废水常用处理工艺的研究进展

作者：张馨予

北极星水处理网讯:摘要: 焦化废水是一种典型的盐分多态化、氮磷营养失衡、高毒性的复杂工业废水, 处理工艺长且难度大。文章在总结焦化废水预处理、生物处理的基础上, 分析了混凝沉淀、吸附、MBR、膜分离等深度处理技术的优缺点、作用机理和发展前景,并重点对高级氧化技术进行了具体阐述。膜技术作为深度处理的最后一道工艺, 在焦化废水的回用方面必不可少; 对传统生化技术进行改进的同时, 采用多级生化、物化处理技术是未来焦化废水处理的发展方向。

关键词: 焦化废水; 预处理; 生物处理; 深度处理; 高级氧化技术; 联合处理

焦化废水的来源主要包括炼焦、煤气净化以及化工产品的回收和精制过程, 典型的高温干馏、煤气冷却、洗煤、湿法熄焦等煤化工过程中都会产生焦化废水。据相关统计, 每吨干煤可产生0. 1 ~0. 35 m2 的焦化废水[1] , 排放量较大。受煤品位差异、炼焦及其副产品加工不同工艺过程的影响, 该废水水质极其复杂、污染物含量变化幅度大, 不仅含有NH+4 、SCN- 、CN- 、NO-2 、NO-3 、S2-等无机污染物, 还含有苯类、酚类、萘、吡啶、喹啉等杂环及多环芳香族化合物(PAHs)[2-7] 。总体来说, 焦化废水中无机盐分高、含氮化合物浓度高、以苯类与酚类等环类有机物为主, 是一种典型的盐分多态化、氮素与磷素营养失衡、高毒性、难降解的复杂工业废水[8-9] 。焦化废水的大量外排会对水体环境、土壤作物、空气环境造成巨大危害,进而对人类健康产生威胁[10-13] 。因此, 焦化废水的处理显得至关重要。

本文在总结传统焦化废水预处理、生物处理的基础上, 分析了混凝沉淀、吸附、MBR、膜分离、铁碳微电解等深度处理技术的优缺点、作用机理和发展前景, 同时总结了高级氧化技术的最新研究成果, 以期为焦化废水的达标处理及回用提供一定的技术参考。

1 预处理技术

在焦化废水处理中, 预处理一般包含除酚、脱氰、蒸氨、除油等过程。对焦化废水进行预处理, 可有效降低生化处理过程中的污染负荷, 提高废水的生化性, 同时也可以根据焦化废水的水质情况回收氨、氯酚等化工产品[14] 。沈连峰等[15] 研究了加碱对蒸氨系统的影响, 结果表明加碱过程对剩余氨水中氨氮的去除率增加了2. 8%。随着对出水要求的提高, 预处理过程也趋向于多元化。李福勤等[16] 利用臭氧氧化预处理焦化废水, 废水B/ C 值由原水的0. 068 提高到0. 281, 废水的可生化性得到了提高。

2 生物处理技术

在焦化废水处理的工艺流程中, 活性污泥法由于具有高效、操作简单灵活、处理费用低等特点, 通常作为核心的生物处理工艺。常见的焦化废水生化处理技术主要包含A/ O 工艺及其变型及SBR 等工艺。宋志伟等[17] 对比了A/ O 和A/ A/ O 两种工艺的膜生物反应器对焦化废水氨氮、COD 和酚的去除率, 结果表明采用A/ A/ O 工艺对三者的去除率分别提高了15%、2%和2%, 去除效果明显优于A/ O 工艺; 不少学者通过对温度、pH、HRT、SVI、进水模式、曝气时间等实验条件的优化, 出水的氨氮、COD 等污染物浓度都得到有效控制[18-20] 。

采用外加碳源、投加载体等方式也是提高生化处理效果的常用方法。赵月来等[21] 研究了乙酸钠投加量及投加点对改良型A/ A/ O 工艺处理效果的影响, 结果表明, 25% 液体乙酸钠投加量为1. 25 吨/ 每万吨水时, 出水效果最好; 本课题组对比了以海绵铁+聚氨酯泡沫复合载体与单独以聚氨酯泡沫为载体的SBR 反应器处理对焦化废水的处理效果, 结果表明, 投加海绵铁的反应器对COD 与NH3 -N 的去除效果要好于只投加聚氨酯泡沫的反应器, 起到强化作用, 且在DO 大于4 mg/ L、pH=9、碱度为4. 4 g/ L 时, COD 与NH3 -N 去除率达到最大。这可能是因为海绵铁为微生物生长提供营养元素的同时, 有助于改善污泥性能, 使得微生物代谢活动增强; 同时海绵铁在腐蚀的过程中会有Fe2+ 、Fe3+形成, 有助于焦化废水中有机物的絮凝沉淀。

3 深度处理技术

经常规的预处理和生化工艺处理后, TN 与COD 浓度仍旧很高, 需要深度处理才能够达标排放或者回用。

3. 1 混凝沉淀法

混凝沉淀法在焦化废水的深度处理中主要去除生物处理中难以进一步降解的有机物、氮磷等溶解性无机物、总氰化物、总悬浮物等。其原理包括吸附、架桥与网捕等作用。常用的混凝剂有聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)等[22] , 但无机絮凝剂存在不能单独对水中含色污染物脱色的缺陷[23] 。混凝沉淀法研究的重点与热点在于寻找高效的新型复合型混凝剂。袁霄等[24] 研发出一种新型铁盐混凝剂处理焦化废水, 通过与传统聚合硫酸铁处理效果对比, 结果显示,新型铁盐混凝剂处理后, 出水COD、色度均达到国家排放标准。

3. 2 吸附法