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1、化工工艺学课程设计240万吨年焦炭焦化厂生物脱酚工段设计专业：化学工程与工艺班级：化工12-3班 姓名：陈涛学号：020860目录前言11 焦化废水概述21.1 焦化废水概况21.1.1 焦化废水来源与构成21.1.2 焦化废水的特点及危害41.2 国内外焦化废水解决技术51.2.1 物理化学法61.2.2 生化解决法71.2.3 化学解决法82 水质分析和解决工艺选择82.1.1来源构成82.1.2水质特性92.1.3 排放量102.2 排放原则102.3.1 焦化废水水质102.4 解决工艺的选择102.4.1 解决工艺流程选择应考虑的因素102.4.2 工艺对比112.4.3 工艺选择1
2、42.4.4 A/O工艺原理142.5 各段工艺清除率153 主体构筑物设计173.1 格栅173.2集水池193.3 隔油池203.4 调节池213.5 事故池223.6 缺氧池223.8 二沉池253.9混合反映池273.10 混凝沉淀池283.11 污泥浓缩池293.12 回流水井304 设备选型304.1 格栅设计选型304.2 风机选型304.4 废水污泥泵选型314.5加药装置选型324.5.1 加药装置选型324.6 污泥脱水机选型324.7 搅拌机选型324.8 刮泥机及撇油机选型33结论33参照文献34前言水是地球的重要构成部分，也是生物机体不可缺少的组分，人类的生存和发展离
3、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，但由于海水是具有大量矿物盐类的“咸水”，不适宜被人类直接使用。这样，人类生命和生产活动能直接运用且易于获得的淡水资源就十分有限，局限性总水量的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，人类很难使用。与人类关系最密切、又较易开发运用的淡水储量约为4106km3，仅占地球上总水量的0.3%。因此，解决水废染、合理地运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限度大，毒害性强1。因此，对焦化厂废水的解决无论在环境还是资源方面显得尤为重要。
4、鉴于可持续发展和环境质量的规定，现决定对某煤焦化有限责任公司产生的焦化废水进行解决工艺设计。废水产生量为300t/d，废水重要由含高浓度氮焦化废水和生活废水构成，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“A/O”工艺对其进行解决。废水中的SS、石油类物质、COD等浓度大大减少，使得出水水质达到废水综合排放原则（GB8978-1996）中的一级排放规定。本文对各解决单元构筑物进行了设计计算，绘制各解决单元构筑物图示，以及废水解决站的平面布置图和高程布置图，同步对该废水解决站进行了投资经济概算，验证废水不仅得到有效解决，且经济可行，符合可持续发展规定。1
5、 焦化废水概述1.1 焦化废水概况1.1.1 焦化废水来源与构成焦化厂是钢铁公司生产的重要构成部分，焦炭是钢铁冶炼的重要原材料，炼焦回收的化工产品供应许多行业的生产。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。焦化厂生产的重要任务是进行煤的高温干馏炼焦，以及回收解决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。其重要来源有2：(1) 剩余氨水。由炼焦的水分及炼焦过程中产生的化合物构成。一般状况下，其数量占所有废水的一半以上，是氨氮废染物的重要来源；(2
6、)化工产品工艺排水。涉及化工产品回收和精制过程中各有关工段的分离水及多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气终冷循环的排废水。其中具有一定数量的酚、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，用蒸馏法初步分离多种产品，再经酸碱洗涤分离出粗苯、吡啶等产品。废水重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干进入生物解决装置；(5)古马隆废水：从酚、油、重苯中提取古马隆，要通过蒸馏、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：煤备煤焦炉煤炭加工焦炭除尘废水
7、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措施等多种因素的影响，具有多种废染物。焦化废水是一种含高氨氮、高有机物、成分复杂的、难解决的有机工业废水。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、水产及农作物均有极大危害4。常常接触煤焦油、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称高，由于吲哚、萘、吡啶碱、啡蒽、苯并芘等多种多环
8、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重要废染物，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注重，并对氨氮的排放也做了严格的规定。1.1.2 焦化废水的特点及危害1 、水质特点(1)成分复杂焦化废水构成十分复杂，浓度高、毒性大。核磁共振色谱分析显示：焦化废水中具有数十种无机和上百种有机化合物5。无机废染物重要是大量的氨盐、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，还涉及脂肪族化合物、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左右，重要成分有苯酚、邻甲酚、对甲酚、邻对甲酚、二甲酚、邻苯二
9、甲酚及其同系物等；杂环类化合物涉及二氮杂苯、氮杂联苯、氮杂苊、氮杂蒽、吡啶、喹啉、咔唑及吲哚等；多环类化合物涉及萘、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)具有大量的难降解物，可生化性较差焦化废水中有机物(以COD计)含量高，且由于废水中所具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，微生物难以运用，废水的可生化性差。(4)废水毒性大其中具有的氰化物、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
10、极强。2、危害(1)对人的危害 焦化废水中具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、头晕等不良反映。废水中的氰化物毒性很大。当pH值在8.5如下时，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。此外废水中具有大量的氨氮，也许转化为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，浮现缺氧症状。若亚硝酸盐长
11、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。同步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导致食物中毒等。此外，含氮化合物还能导致水体的富营养化，特别对湖泊等封闭水域的危害更大。(3)对农业的危害采用未经解决的焦化废水直接灌溉农田，将使农作物减产和枯死，特别是在播种期和幼苗发育期，幼苗因抵御力弱，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，作物吸取过剩的氮能产生贪青倒伏
12、现象7。1.2 国内外焦化废水解决技术目前，国内80的焦化厂普遍采用的是以老式生物脱氮解决为核心的工艺流程。分为预解决、生化解决以及深度解决。预解决重要采用物理化学措施，如除油、蒸氨、萃取脱酚等；生化解决工艺重要为A/O、A2/O等工艺；深度解决重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，焦化废水解决普遍的工艺为先清除悬浮物和油类废染物质，然后运用蒸氨法清除氨氮， 再采用生物氧化法清除酚硫氰化物和硫代硫酸盐。在某些状况下还对废水做排放前的最后深度解决。在美国，炼焦厂的废水解决工艺为：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措施与国内基本一致8,9
13、。1.2.1 物理化学法1、吸附法吸附法是运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，活性炭吸附法合用于废水的深度解决。刘俊峰等采用高温炉渣过滤，再用南开牌H2103大孔树脂吸附解决含酚520mg/L、COD3200mg/L的焦化废水，解决后出水达到国家排放原则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，酚的清除率为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，是用来解决废水中自然沉淀法难以沉淀清除的细小悬浮物及胶体微
14、粒，以减少废水的浊度和色度，但对可溶性有机物无效，常用于焦化废水的深度解决。 该法解决费用低，既可以间歇使用也可以持续使用。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COD158mg/L，NH3-N15mg/L12。近年来，新型复合混凝剂在焦化废水解决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，在解决难生物降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水时，具有反映迅速，温度和压力等反映条件缓和且无二次废染等长处。因此，近30年来越来越受到国内外环保
15、工作者的广泛注重。1.2.2 生化解决法生化解决法是一种运用微生物氧化分解废水中有机物的措施，常作为焦化废水解决系统中的二级解决。1、A/O与A2/O法目前国内重要采用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解决，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，实验表白：A-A-O工艺在NH3-N清除和反硝化方面均优于A-O工艺，特别是反硝化率方面A-A-O工艺是A-O工艺的两倍。目前宝钢一、二期焦化废水就是对原A-O工艺优化后，采用了A-A-O17工艺。目前系统运营稳定，但由于条件控制复杂，投资费用高，为保证解决效果，运营中污泥及废水回流量较大，增长了动力消耗，且内循环液带入大量溶解氧，使反硝化池内难于保持抱负的缺氧状态，影响反硝
