焦炭焦化厂生物脱酚工段设计概述

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1、化工工艺学化工工艺学 课程设计课程设计 240240 万吨年焦炭焦化厂生物脱万吨年焦炭焦化厂生物脱 酚工段设计酚工段设计 专业：化学工程与工艺 班级：化工 12-3 班 姓名：陈涛 学号： 目录目录 前言 1 1 焦化废水概述 2 1.1 焦化废水概况 2 1.1.1 焦化废水来源与组成 2 1.1.2 焦化废水的特点及危害 4 1.2 国内外焦化废水处理技术 5 1.2.1 物理化学法 6 1.2.2 生化处理法 7 1.2.3 化学处理法 8 2 水质分析和处理工艺选择 8 2.1.1 来源组成 .8 2.1.2 水质特征 .9 2.1.3 排放量 10 2.2 排放标准 10 2.3.1

2、 焦化废水水质 10 2.4 处理工艺的选择 .10 2.4.1 处理工艺流程选择应考虑的因素 .10 2.4.2 工艺对比 .11 2.4.3 工艺选择 .14 2.4.4 A/O 工艺原理 .14 2.5 各段工艺去除率 .15 3 主体构筑物设计 17 3.1 格栅 17 3.2 集水池 .19 3.3 隔油池 .20 3.4 调节池 .21 3.5 事故池 .22 3.6 缺氧池 .22 3.8 二沉池 25 3.9 混合反应池 27 3.10 混凝沉淀池 .28 3.11 污泥浓缩池 29 3.12 回流水井 30 4 设备选型 .30 4.1 格栅设计选型 .30 4.2 风机选型

3、 .30 4.4 废水污泥泵选型 .31 4.5 加药装置选型 32 4.5.1 加药装置选型 .32 4.6 污泥脱水机选型 .32 4.7 搅拌机选型 .32 4.8 刮泥机及撇油机选型 .33 结论33 参考文献 .34 前言前言 水是地球的重要组成部分，也是生物机体不可缺少的组分， 人类的生存和发展离不开水资源。地球上约有 97.3%的水是海水， 它覆盖了地球表面的 70%以上，但由于海水是含有大量矿物盐 类的“咸水”，不宜被人类直接使用。这样，人类生命和生产活动 能直接利用且易于取得的淡水资源就十分有限，不足总水量的 3%， 且其中约 3/4 以冰川、冰帽等固态的形式存在于南北极地，

4、人类 很难使用。与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水储量约为 4106km3，仅占地球上总水量的 0.3%。因此，解决水废染、合 理地利用水资源是世界各国经济可持续发展的当务之急。 焦化废水是一种高含氮、毒性强的有机工业废水之一。如果 直接排入水体其废染程度大，毒害性强1。因此，对焦化厂废水 的处理无论在环境还是资源方面显得尤为重要。 鉴于可持续发展和环境质量的要求，现决定对某煤焦化有限 责任公司产生的焦化废水进行处理工艺设计。废水产生量为 300t/d，废水主要由含高浓度氮焦化废水和生活废水组成，且都 含较高 COD、SS 和石油类物质。本文根据该焦化废水浓度高， 毒性大的水质特点，设计“

5、A/O”工艺对其进行处理。废水中的 SS、石油类物质、COD 等浓度大大降低，使得出水水质达到 废水综合排放标准（GB8978-1996） 中的一级排放要求。本 文对各处理单元构筑物进行了设计计算，绘制各处理单元构筑物 图示，以及废水处理站的平面布置图和高程布置图，同时对该废 水处理站进行了投资经济概算，验证废水不仅得到有效处理，且 经济可行，符合可持续发展要求。 某焦化废水治理工艺设计 2 1 焦化废水概述 1.11.1 焦化废水概况焦化废水概况 1.1.11.1.1 焦化焦化废水废水来源与组成来源与组成 焦化厂是钢铁企业生产的重要组成部分，焦炭是钢铁冶炼的 重要原材料，炼焦回收的化工产品供

6、给许多行业的生产。随着社 会、经济的发展，焦化行业已发挥着越来越重要的作用。目前， 国内生产焦化产品的厂家达数百家。焦化厂生产的主要任务是进 行煤的高温干馏炼焦，以及回收处理在炼焦过程中所产生的副 产品。整个生产过程分为选煤、炼焦及化工三部分。焦化废水则 产生于炼焦、制气过程及化工产品回收过程，水质复杂，产生量 较大。其主要来源有2：(1) 剩余氨水。由炼焦的水分及炼焦过 程中产生的化合物组成。通常情况下，其数量占全部废水的一半 以上，是氨氮废染物的主要来源；(2)化工产品工艺排水。包括 化工产品回收和精制过程中各有关工段的分离水及各种贮槽定期 排水和事故排水；(3) 粗苯终冷水及煤气脱硫和煤

7、气终冷循环的 排废水。其中含有一定数量的酚、氰、苯、硫化物及吡啶碱等。 (4)焦油车间废水：焦油车间根据有机物的沸点不同，用蒸馏法 初步分离各种产品，再经酸碱洗涤分离出粗苯、吡啶等产品。废 水主要是间断地排出高浓度含油、含酸的废水。这部分废水一般 经溶剂脱酚通过蒸氨塔后才能进入生物处理装置；(5)古马隆废 水：从酚、油、重苯中提取古马隆，要经过蒸馏、碱洗、酸洗、 中和及水洗，排除含酚、吡啶、油等废染物的废水。焦化废水产 生的一般工艺流程如图 1.1 所示3： 某焦化废水治理工艺设计 3 图 1.1 焦化生产工艺流程 焦化废水因受原煤性质、焦化产品回收工序及方法等多种因 素的影响，含有多种废染物

8、。焦化废水是一种含高氨氮、高有机 物、成分复杂的、难处理的有机工业废水。焦化废水中的许多高 毒性难降解有机物，对生态环境危害极大，如占总有机物的一半 以上酚类化合物，可使蛋白质凝固，对人类、水产及农作物都有 极大危害4。经常接触煤焦油、沥青和某些石油化工溶剂的人， 皮肤癌、唇癌以及肺癌的患病率相当高，因为吲哚、萘、吡啶碱、 煤备煤焦炉煤炭加工焦炭 除尘废水除尘废水 煤气初冷焦油氨水分离 剩余氨水 焦油加工 焦油精制分离水 煤气脱氨 煤气终冷 煤气脱苯 终冷废水 蒸苯 粗苯分离水 粗苯加工 精苯分离水 古马隆生产 古马隆废水 净煤气 煤气管道水封水 某焦化废水治理工艺设计 4 啡蒽、苯并芘等多种

9、多环和杂环芳香族化合物(PAHs)中有不少 是致癌和致突变物质。氨氮是水体富营养化的主要废染物，近年 来，国家不仅对COD的排放做了严格的规定，对氨氮的危害也 越来越重视，并对氨氮的排放也做了严格的规定。 1.1.21.1.2 焦化废水的特点及危害焦化废水的特点及危害 1 、水质特点 (1)成分复杂 焦化废水组成十分复杂，浓度高、毒性大。核磁共振色谱 分析显示：焦化废水中含有数十种无机和上百种有机化合物5。 无机废染物主要是大量的氨盐、硫氰化物、硫化物及氰化物 等。 有机废染物除酚类化合物以外，还包括脂肪族化合物、杂环 类化合物和多环芳香族化合物等。其中酚类化合物为主，占总有 机废染物的 80

10、左右，主要成分有苯酚、邻甲酚、对甲酚、邻 对甲酚、二甲酚、邻苯二甲酚及其同系物等；杂环类化合物包括 二氮杂苯、氮杂联苯、氮杂苊、氮杂蒽、吡啶、喹啉、咔唑及吲 哚等；多环类化合物包括萘、蒽、菲及 -苯并芘等6。 (2)水质变化幅度大 焦化废水中氨氮变化系数可达 2.7，COD 变化系数可达 2.3，酚和氰化物浓度变化系数达 3.3 和 3.4。 (3)含有大量的难降解物，可生化性较差 焦化废水中有机物(以 COD 计)含量高，且由于废水中所含 有机物多为芳香族化合物和稠环化合物及吲哚、吡啶、喹啉等杂 环化合物，其 BOD5/COD 值低，一般为 0.30.4，有机物稳定， 微生物难以利用，废水的

11、可生化性差。 (4)废水毒性大 其中含有的氰化物、芳烃、稠环及杂环化合物都是有毒物质， 有的甚至是致癌物质，毒性极强。 2、危害 (1)对人的危害 某焦化废水治理工艺设计 5 焦化废水中含有的酚类化合物是原型质毒物，可以通过皮肤、 黏膜的接触和经口服而侵入人体体内。高浓度的酚可以引起剧烈 腹痛、呕吐和腹泻、血便等症状，重者甚至死亡。低浓度的酚可 引起积累性中毒，有头痛、头晕等不良反应。废水中的氰化物毒 性很大。当 pH 值在 8.5 以下时，氰化物的安全浓度为 5mg/L。 人食用的平均致死量氰氢酸为 3060mg/L，氰化钠为 0.1g，氰化 钾为 0.12g。另外废水中含有大量的氨氮，可能

12、转化为 NO2或 NO3。人体若饮用了 NH4-N 10mg/L 或 NO3-N50mg/L 的 水，可使人体内正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失去输氧 能力，出现缺氧症状。若亚硝酸盐长时间作用于人体，可引起细 胞癌变。 (2)对水体和水生生物的危害 大量的有机废染物进入水体，会消耗水体当中大量的溶解氧， 水体发臭，水质恶化。同时由于有毒物质的进入使得水中水生生 物的生存受到影响，鱼类和贝类等的大量减产与死亡，并能通过 食物链传递给人类造成食物中毒等。此外，含氮化合物还能导致 水体的富营养化，尤其对湖泊等封闭水域的危害更大。 (3)对农业的危害 采用未经处理的焦化废水直接灌溉农田，将使农作物

13、减产和 枯死，特别是在播种期和幼苗发育期，幼苗因抵抗力弱，含酚的 废水使其腐烂；焦化废水中的油类物质能堵塞土壤孔隙，含盐量 高而使土壤盐碱化；农业灌溉用水中 TN 含量如超过 1mg/L，作 物吸收过剩的氮能产生贪青倒伏现象7。 1.21.2 国内外焦化废水处理技术国内外焦化废水处理技术 目前，国内 80的焦化厂普遍采用的是以传统生物脱氮处 理为核心的工艺流程。分为预处理、生化处理以及深度处理。预 处理主要采用物理化学方法，如除油、蒸氨、萃取脱酚等；生化 处理工艺主要为 A/O、A2/O 等工艺；深度处理主要工艺有活性 炭吸附法、活性炭-生物膜法及氧化塘法。在欧洲，焦化废水处 理普遍的工艺为先

14、去除悬浮物和油类废染物质，然后利用蒸氨法 去除氨氮， 再采用生物氧化法去除酚硫氰化物和硫代硫酸盐。 某焦化废水治理工艺设计 6 在某些情况下还对废水做排放前的最后深度处理。在美国，炼焦 厂的废水处理工艺为：脱焦油蒸氨工艺活性污泥法及污泥脱 水系统。综合看起来，国外的焦化废水的治理方法与我国基本一 致8,9。 1.2.11.2.1 物理化学法物理化学法 1、吸附法 吸附法是利用多孔性吸附剂吸附废水中的一种或几种溶质， 使废水得到净化。活性炭是最常用的一种吸附剂，活性炭吸附法 适用于废水的深度处理。刘俊峰等采用高温炉渣过滤，再用南开 牌 H2103 大孔树脂吸附处理含酚 520mg/L、COD32

15、00mg/L 的焦 化废水，处理后出水达到国家排放标准10。黄念东等研究了细 粒焦渣对焦化废水的净化作用，温度 25的条件下，酚的去除 率为 98%11。 2、混凝和絮凝沉淀法 混凝法是向废水中加入混凝剂并使之水解产生水合配离子及 氢氧化物胶体，中和废水中某些物质表面所带的电荷，使这些带 电物质发生凝集，是用来处理废水中自然沉淀法难以沉淀去除的 细小悬浮物及胶体微粒，以降低废水的浊度和色度，但对可溶性 有机物无效，常用于焦化废水的深度处理。 该法处理费用低， 既可以间歇使用也可以连续使用。上海焦化总厂选用厌氧- 好氧 生物脱氮结合聚铁絮凝机械加速澄清法对焦化废水进行综合治理， 使出水中COD1

16、58mg/L，NH3-N15mg/L12。近年来，新型复合 混凝剂在焦化废水处理中的应用得到广泛的研究。 3、Fenton试剂法 Fenton13试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂，由 于其能产生氧化能力很强的OH自由基，在处理难生物降解或一 般化学氧化难以奏效的有机废水时，具有反应迅速，温度和压力 等反应条件缓和且无二次废染等优点。因此，近30年来越来越受 到国内外环保工作者的广泛重视。 某焦化废水治理工艺设计 7 1.2.21.2.2 生化处理法生化处理法 生化处理法是一种利用微生物氧化分解废水中有机物的方法， 常作为焦化废水处理系统中的二级处理。 1、A/O与A2/O法 目前国内主要采用 A/O 与 A2/O 工艺及其变异型脱氮工艺进 行焦化废水的脱氮处理，脱氮效果较好。Zhang Min14,15,16等对 A-A-O 工艺与 A-O 工艺进行了比较，实验表明：A-A-O 工艺在 NH3-N 去除和反硝化方面均优于 A-O 工艺，特别是反硝化率方 面 A