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焦化废水处理中焦粉的综合利用技术

2022-03-26 01:18:42 合肥鸿昇自动化科技有限公司 阅读

随着我国对焦化行业环保要求的提高,焦化行业“三废”的治理逐渐成为制约企业发展的重要因素,其中焦化废水因其产量大、危害大、处理难,成为焦化行业亟待解决的问题。每吨焦炭生产产生的焦化废水约为0.3 ~ 0.4t,主要来源有:

(1)焦炉煤气冷凝液废氨回收处理后的剩余氨水。

②焦炉煤气中化工产品回收精制过程中的工艺介质分离水。

③循环系统排水、水封和冲洗水。

④厂区生活污水等。焦化废水中含有苯酚、氨氮、氰化物、苯、吡啶、吲哚、喹啉等数十种污染物。它是一种典型的难降解有机废水,成分复杂,污染物浓度高,色度高,毒性大,性质非常稳定。

目前焦化企业焦化废水的处理工艺一般是:物化处理→预处理→常规处理→熄焦。其中,物化处理主要是工艺工段的“脱酚蒸氨”,预处理主要是混凝除油,常规处理主要是生化处理(A2/O等。)+混凝沉淀,出水用于湿法熄焦,看似实现了焦化废水的“零排放”,但实际上熄焦用废水的蒸发对环境造成了极大的破坏。随着干熄焦的推广,焦化废水没有出路,必须回用于企业。但早期的常规处理工艺对氨氮、COD等物质的去除能力有限,难以满足严格的回用水水质要求。焦化企业废水处理的主要问题概括为:焦化废水含有大量难降解有机物,需要采用高级催化氧化等化学处理方法,导致废水处理成本高。经过生化处理后,氨氮可以得到有效去除,但COD去除有限,色度过高,增加了后续深度处理和回用的难度。如何以较低的成本使焦化废水获得良好的处理效果,达到资源化的目的,已成为当今业界的研究课题。

焦粉是焦炭破碎过程中产生的粒径小于5mm的焦炭。焦粉作为焦化企业的副产品之一,约占焦炭产品的4%。主要来源于焦化厂筛分工段、环境除尘站、干熄焦工艺除尘站,可连续大批量生产。收集的焦粉一般用作配煤和焦炉,也可用作高分子、电子、建筑等行业的碳素材料。焦粉经高温煅烧活化后,具有类似活性炭的孔结构,具有自产、无需粉碎、价廉易得的特点。取代活性炭作为焦化厂废水处理的吸附材料,正逐渐引起人们的重视,正在研究和应用。

1.焦粉的活化与改性

与活性炭相比,焦粉孔隙少,吸附能力差,需要通过改性和活化来增强其吸附能力。蔡荣等人以焦粉和煤焦油为原料,经过高温炭化和活化,制备出中孔和大孔发达的焦粉活性炭材料。在活化时间80min、活化温度900℃、KOH与废焦粉质量比为4、焦粉粒度小于0.05mm的条件下,制备的焦粉活性炭的亚甲基蓝吸附值远高于纯炭,产率为35.6%。田和张金勇对焦粉进行高温活化,然后分别用H2SO4、HNO3和NaOH对其进行改性,结果表明不同改性剂的改性机理不同,酸改性能更好地提高焦粉的吸附性能。

对焦粉进行活化改性生产焦粉活性炭代替商品活性炭是实现焦粉综合利用处理焦化厂焦化废水的可行方法,但活化改性过程会增加水处理成本。

2.焦粉直接用作吸附剂。

国内外对焦粉直接用作吸附剂处理焦化废水进行了大量研究,其中焦粉经过生化处理后用于深度处理工艺。焦粉还用于吸附焦化废水,无需生化处理。研究者对焦粉的吸附条件做了如下研究,如焦粉用量、焦粉粒径、吸附时间、pH值等。

2.1焦粉用量

在焦粉用量对吸附效果影响的研究中,在其他条件基本相同的情况下(吸附时间为3h,焦粉粒径为0.1~2mm),焦粉用量越大,吸附效果越好。以利亚焦化废水经生化处理后(COD约为275mg/L,色度为1396,pH值为4)为研究对象,当焦粉投加量为100g/L时,COD去除率和色度去除率分别为70%和75%。徐元浩以二沉池出水(COD约为200mg/L,pH值为4)的生化处理为研究对象。当焦粉投加量为133g/L时,COD去除率为71%。陈鹏等人研究了生化处理和催化氧化的出水(COD约为60 ~ 80 mg/L,色度为40 ~ 50倍)。当焦粉投加量为80g/L时,COD去除率为37.4%,色度降低到23倍。于柏林等人研究了生化处理的出水(COD约为176mg/L,pH值为7 ~ 9),用焦粉作滤料,用1吨焦粉(滤料用量为5g/L)过滤200t废水,COD去除率为60%。

张洪恩等研究了除油蒸氨后的焦化废水(COD约为3750mg/L,pH值为8)。当焦粉投加量为20%,即200g/L时,吸附时间为1min,COD去除率为60%。莫合章等以焦化废水(COD约16000mg/L,色度25000,pH值9.1)为研究对象。当焦粉投加量为200g/L,吸附时间为6h时,COD去除率为91.6%,色度去除率为90%。

2.2焦粉的粒度

在焦粉用量对吸附效果影响的研究中,在其他条件基本相同的情况下,李亚、、余斌、的研究表明粒径为0.1 ~ 0.2 mm的焦粉吸附效果较好,徐元浩的研究表明粒径为2.2mm的焦粉吸附效果较好。随着焦粉粒径的增大,其比表面积和孔隙率明显减小,有效吸附容量降低,因此焦粉粒径越小,吸附容量越好。

2.3吸附时间

李亚、徐元浩和于柏林的研究表明,在搅拌均匀的条件下,3h是吸附的最佳时间。吸附时间过短,由于受焦粉吸附速率的影响,废水中的有机物不能完全吸附在焦粉表面,吸附后出水和色度不达标。如果吸附时间过长,单位质量焦粉的水力负荷会降低,焦粉用量也会相应增加。

2.4 pH值

李亚、徐元浩和陈鹏的研究表明,当pH值为2 ~ 4时,焦粉对COD的去除率较高。废水的酸性更有利于焦粉的吸附,这也与上述焦粉的酸性改性增强吸附能力相一致。张洪恩研究表明,废水的pH值对焦粉吸附去除COD和挥发酚的影响不大。

3.存在的问题

3.1剂量

每项研究中,使焦化废水COD去除率达到40% ~ 75%的焦粉用量为80g/L ~ 200g/L(吸附时间约为3小时)。但在实际工程中,每吨焦炭产生的废水量为0.3~0.4t,每吨焦炭产生的焦粉量约为4%,可用于焦化废水处理的焦粉量约为1% ~ 2%。另外,随着炼焦生产的间歇周转,仅使用自产焦粉时,添加量超过80g/L是不合理的。

3.2加药模式

有研究者在发明专利中设计了焦粉的添加方式和工业化生产方式。刘闲用焦粉代替活性炭装在吸附塔中吸附3 ~ 4小时。一旦吸附饱和,过滤设备中焦粉的更换就无法机械化,完全是间歇式添加和出料,劳动消耗和强度都很大。而且设计没有考虑过滤速度的问题。如果采用推荐的方法,吸附塔数量极大,实际布置操作困难。于柏林和采用添加装置将焦粉加入反应器(池)进行吸附的方法也值得商榷,因为焦粉来自除尘站,粒径极小。如果不直接采取防尘措施,可能造成粉尘的二次污染,焦粉密度小于水,难以与焦化废水混合。

4.结论与展望

综上所述,焦粉对焦化废水中的污染物有很强的吸附能力,但焦粉的用量和方法存在一些问题。后续研究应进一步分析焦粉的理化性质,筛选吸附能力强的焦粉,并对焦化废水进行分类处理,合理利用焦化企业生产的焦粉。此外,焦粉添加工艺应经济实用、易于操作、易于实现自动化,这对工艺系统的设计提出了更高的要求。

国内用焦粉处理焦化废水的实践经验很少,技术还不成熟,运行参数需要优化和论证。但不可否认的是,焦粉有很大的使用价值,要实现大规模工业化,突破焦化企业的环保难题,还需要做更多的研究。(来源:Xi安华江环保科技有限公司金安分公司)


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