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1、河北联合大学本科生毕业设计开题报告唐山某钢铁公司焦炭生产废水处理站设计学 院： 化 工 学 院 专 业： 环 境 工 程 班 级： 环境1班 姓 名： 代 四 海 学 号： 200905030130 指导教师： 魏 瑞 霞 2013 年 3 月 21 日一：焦炭的生产工艺及废水来源1.1 焦炭生产及作用烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏） 。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。焦炭有三大作用：发热剂、
2、还原剂、骨架作用。熄焦的方法 1：有湿法熄焦和干法熄焦两种方式。前者是用熄焦车将出炉的红焦载往熄焦塔用水喷淋。后者是用 180左右的惰性气体逆流穿过红焦层进行热交换，焦炭被冷却到约 200，惰性气体则升温到 800左右，并送入余热锅炉，生产蒸汽。而现在大多是采用干法熄焦。因为干法熄焦比湿法熄焦节约能源、环保、更能炼制出优质的焦炭、周期也比较短。所以在这里也是采用干法熄焦。1.2焦炭生产的工艺流程及废水来源备煤 焦炭 焦炭加工煤气初冷煤气脱氮煤气终冷煤气脱苯煤气脱硫焦油氨水分离粗苯加工古马隆生产蒸苯焦油精加工分离除尘废水 除尘废水粗笨分离水古马隆污水 净煤气剩余氨水焦油加工终冷污水煤气管道水封水
3、焦炭煤图 1 焦炭生产的工艺流程及废水来源（1）剩余氨水或蒸氨废水 2，由装炉表面的湿存水、镁干馏生产的化合水以及焦炉上升管、集气管喷射的蒸气和冷凝工段清扫管道的蒸气组成。该废水是焦化厂最重要的酚氰水来源，其水量占焦化废水总量的一半以上。（2）煤气冷却污水。在进行煤气的最终冷却时，煤气中一定数量的酚、萘、氰化物、硫化物及吡啶盐基等进入冷却水中。为保证煤气的最终冷温度和减轻脱苯蒸馏设备的腐蚀，终冷循环水须部分更换，而排出一定量的酚氰废水。（3）油加工和粗苯精制过程中产生的废水。在焦化产品粗、精制加工过程中的水蒸冷凝水和焦化产品沉降分离产物，以及各储槽定期或由事故排出的废水。该废水主要含芳烃类、酸
4、、碱、盐等。 1.3 焦化废水的特点焦化废水的排放量随炼焦生产工艺的不同而差异，同时炼焦煤成分的变化也可导致焦化废水的化学组成及各种污染物的含量有很大不同。尽管各焦化厂排放的废水所含污染物相差甚远，但焦化废水 3却具有以下共同特点： (1)成分复杂。焦化废水组成复杂，除含有大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机物外，还含有氰、无机氟离子个氨氮等有毒污染物，焦化厂废水的一半组成及特性见表 1。表 1 焦化工厂废水的一般组成及其成分含量成分 含量/（mg/L） 成分 含量/（mg/L）COD 25004500 酚 150200BOD5 12002000 油分 2001000氨氮 4001000
5、氰化物 1020pH 6.58.5 色度（倍） 10002500(2)废水组成、水质、水量波动大。由于焦炉装煤配比、炭化温度、炭化时间，以及蒸氨是的温度、压力和投加碱量等影响，焦化废水组分、水质、水量波动大。(3)污染物浓度高，难降解。焦化废水是典型的含有难降解有机污染物的工业废水，污染物不但浓度高、毒性大，而且性质稳定，废水中氨氮浓度可超过500mg/L，COD 浓度可超过 4000mg/L，酚的含量可超过 200mg/L，给达标处理废水带来很大困难。(4)废水毒性大。焦化废水中的氨氮形成的亚硝酸盐是强致癌物质；酚氰对人体产生极大的毒害作用；尤其是焦化废水中含有较多致癌物质，是强致癌物质。采
6、用目前处理方法（生化、混凝处理）不能满足污水综合排放标准 （GB-8978-1996）致癌物质的最高允许排放浓度要求（0.03g/L） ，给水体造成严重污染，尤其对饮用水源构成严重威胁（饮用水标准中致癌物质0.01g/L） 。(5)色度高。焦化废水的成分比较复杂，因此色度较高，为 10002500 倍。1.3 焦化废水的危害(1) 由于焦化废水中含有多种有毒有害污染物 4（如酚类、多环和杂环化合物、氨氮、氰化物） ，如果直接排入水体，将会造成水体缺氧，危害水生生物。(2)酚类化合物是有高度毒性的细胞原浆毒物质。进入人体后，可直接损害中枢神经，也可直接损害肝脏细胞，损害心肌与心脏毛细血管表皮细胞
7、，产生肝细胞肿胀、心肌变性和坏死。(3)杂环和芳烃化合物，有不少是致癌和致突变物质，排入水体后可在各种水生生物体内积累，并通过食物链最终进入人体而产生毒害作用。再者，大量有机物进入水体将消耗水中溶解氧，还可形成油膜，阻碍水体富氧作用，造成水体缺氧，危害水生生物。(4)焦化废水中的氨氮是水体的营养素，可导致水体富营养化现象产生，是水体中主要耗氧污染物。当水体中的游离氨氮浓度大于 0.02mg/L 时，对鱼类即产生毒害。氨氮本身还是一种不稳定的物质，在微生物的作用下发生硝化反应生产 NO2-和 NO3-，不但消耗水中的溶解氧（DO） ，而且生产的 NO2-是一种致癌物，NO 3-会阻碍血液的吸氧能
8、力，使人畜患变性血红蛋白癌，严重者可导致死亡。(5)氰化物是一种剧毒物质，对人体的毒性主要是与高铁细胞色素氧化酶结合，生产氰化高铁细胞色素氧化酶，因而失去传递氧的作用，引起组织缺氧窒息。未经处理的焦化废水直接灌溉农田，会使农作物减产，甚至枯死；废水中的石油类物质堵塞土壤空隙，使土壤含盐量升高，造成土壤盐碱化。因此，焦化废水在排入水体之前，应对其中的有毒有害污染物进行去除。二：焦化废水处理技术现状焦化废水的处理一直是国内外污水处理领域的一大难题，几十年来尚未出现突破性的研究成果。废水中污染物组成复杂，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。目前，焦化废水一般要经过预处理、二级处理和深度处理后才可能达
9、标排放。焦化废水的预处理技术有 4：厌氧酸化法、气浮法、混凝沉淀法等；二级处理方法很多，有生物化学法、物理法、化学法、以及物理-化学法等；焦化废水深度处理技术有化学氧化法、折点氯化法、絮凝沉淀辅以加氯法等。三级深度处理指在生化处理后的水仍不能达到排放标准时或者要求污水回用时所采用的再次深度净化，其主要工艺有氧化塘法，化学混凝沉淀、过滤法，活性炭吸附法等。下面从以下两方面进行比较选取。2.1 化学处理 (1)焚烧法焚烧法处理焦化废水是采用高温焚烧方式使焦化废水变成 CO2 和水蒸气，及少许无机物灰分。该法有助于对焦化废水有多数难降解的物质进行彻底消除，COD 去除率高达 99.5%。缺点是焚烧过
10、程需要喷洒燃油，设备投资及运行成本高，随着油价上涨，国家不提倡采用焚烧法治理焦化废水。(2)催化铁内电解方法该方法主要对焦化废水中存在的难降解物质、生化反应抑制物质以及染料和化工废水中存在的显色物质，利用单质铁催化还原，从而使其转化为无色、可生化降解的物质，在此过程中产生的新生态铁离子混凝去除部分污染物 3。该方法还可以去除水中的重金属、磷酸根，有效地解决了废水处理中的许多难题。该方法反应速率快，作用有机污染物质范围广，适用 pH 范围宽，运行成本极低，运行管理方便，COD 的去除率较高。四川某焦化公司应用的是此技术，在满足它条件下，对 COD、酚、氨氮、色度、硫化物的去除率分别是 66%、7
11、5% 、80%、34%、68%、73% 。（3）催化湿式氧化技术 催化湿式氧化 5技术是在高温、高压条件下，在催化剂作用下，用空气中的氧将溶于水或在水中悬浮的有机物氧化，最终转化为无害物质 N2 和 CO2 排放。湿式催化氧化法具有适用范围广、氧化速度快、处理效率高、二次污染低、可回收能量和有用物料等优点。但是，由于其催化剂价格昂贵，处理成本高，且在高温高压条件下运行，对工艺设备要求严格，投资费用高，国内很少将该法用于废水处理。南京工业大学的付迎春 6实验室对焦化的研究,采用此方法对氨氮、COD 去除率分别达到 98.3%和 97.5%。说明制备的催化剂具有广泛的催化氧化效果。(4)臭氧氧化法
12、 臭氧的强氧化性 7可将废水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水中很快分解为氧，不会造成二次污染，操作管理简单方便。但是，这种方法也存在投资高、电耗大、处理成本高的缺点。同时若操作不当，臭氧会对周围生物造成危害。因此，目前臭氧氧化法还主要应用于废水的深度处理。在美国已开始应用臭氧氧化法处理焦化废水。辽宁科技大学桂玉明 8对鞍钢化工总厂的焦化废水进行了处理研究就是采用臭氧氧化法臭氧对焦化废水中 COD、挥发酚及色度的去除是有效的,其去除率分别可达 87%、90%及 86%。（5）光催化氧化法 目前，这种方法还仅停留在理论研究阶段。这种水处理方法能有效地去除废水中的污染物且能耗低，有着很大的发
13、展潜力。但是有时也会产生一些有害的光化学产物，造成二次污染。由于光催化降解是基于体系对光能的吸收，因此，要求体系具有良好的透光性。所以，该方法适用于低。武汉科技大学的徐铮 9就是采用光催化氧化法对焦化废水中氨氮进行研究，取得了相应的突破，其中对氨氮的处理达到了98%。2.2 生化法(1)AO活性污泥法AO活性污泥法 10是在普通活性污泥法基础上的改进。其工艺原理是充分利用微生物的反硝化和硝化作用进行脱氮。该工艺利用水中有机物和回流污泥作为碳源，污泥在缺氧和好氧之间往复循环，污泥中既有硝化菌，也有反硝化菌。硝化菌在好氧条件下发挥作用，在缺氧条件下受到抑制，反硝化菌则正好相反。因此，无论是硝化菌还
14、是反硝化菌，都有一时间处于受抑制状态，对于氮浓度很高的焦化废水，这一矛盾更加突出。，内蒙古某钢铁公司焦化厂采用 高效微生物生化处理为主、辅以混凝气浮等物化处理的污水治理工艺。其处理效果达到了国家排放标准。(2)AO生物膜法AO生物膜系 11统在缺氧段加入半软性填料，好氧段污泥采取内循环使硝化和反硝化菌都处于各自的最佳活性状态，而且采用填料挂膜，可以防止污泥流失。生物膜系统的抗冲击负荷能力强，处理效果优于AO活性污泥系统，而且运行管理简单。由于少了厌氧阶段，所以对磷的处理效果不太好。保定某钢铁公司焦化厂采采用高效微生物A0工艺取得好的处理效果，达到国家排放标准。(3)A2O法 12目前，普遍认为
15、该法是处理焦化废水较好的一种工艺，也适合现有焦化处理设施的改造。与AO工艺相比，此工艺是在缺氧段之前加一厌氧反应器，将焦化废水中难生物降解的大分子有机物质降解为易氧化分解的小分子的物质，将环状物质的苯环打开，提高了废水的可生化性。处理效果优于AO法，尤其对COD的去除。但是这种方法工艺流程较复杂，建设成本及运行成本均高于AO。临汾某公司焦化废水的处理就是采用这种方法。这种方法对COD、BOD、氨氮的去除率87、90、96.5。(4)序批式(SBR) 活性污泥法SBR法是间歇运行的生物反应器，它将曝气池和沉降池合二为一，生化反应分批进行。它在空间上完全混合、时间上完全推流式，反应速度高，出水水质好，运行灵活，可生成多种工艺路线。相对于AO系统，能省去混合液回流和污泥回流，大大降低了运行费用。另外，SBR法耐冲击负荷能力高，处理能力强，沉降性能好，可抑制污泥膨胀。但其处理高浓度氨氮、高浓度难降解有机物的焦化废水，其结果还不令人满意。山西某焦化公司就是采用了SBR法，对COD的去除率达到75，硫氰酸盐去除率达到63%和酚类物质的去除率
