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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 ：涛学号：2012020860目录前言11 焦化废水概述21.1 焦化废水概况21.1.1 焦化废水来源与组成21.1.2 焦化废水的特点与危害41.2 国外焦化废水处理技术51.2.1 物理化学法61.2.2 生化处理法71.2.3 化学处理法82 水质分析和处理工艺选择82.1.1来源组成82.1.2水质特征92.1.3 排放量102.2 排放标准102.3.1 焦化废水水质102.4 处理工艺的选择102.4.1 处理工艺流程选择应考虑的因素102.4.2 工艺对比112.4.3 工艺
2、选择142.4.4 A/O工艺原理142.5 各段工艺去除率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混合反应池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 刮泥机与撇油机选型33结论33参考文献34 / 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
3、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，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
4、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XX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“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，以与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。
5、1 焦化废水概述1.1焦化废水概况1.1.1 焦化废水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，以与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、炼焦与化工三部分。焦化废水则产生于炼焦、制气过程与化工产品回收过程，水质复杂，产生量较大。其主要来源有2：(1) 剩余氨水。由炼焦的水分与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)
6、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与各种贮槽定期排水和事故排水；(3) 粗苯终冷水与煤气脱硫和煤气终冷循环的排废水。其中含有一定数量的酚、氰、苯、硫化物与吡啶碱等。(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、中和与水洗，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除
7、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、焦化产品回收工序与方法等多种因素的影响，含有多种废染物。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、水产与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、唇癌以与肺癌的患病率相当高，因为吲哚、萘、吡啶碱、啡蒽、苯并芘等多种多环和杂
8、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。1.1.2 焦化废水的特点与危害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、硫化物与氰化物等。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
9、与其同系物等；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、咔唑与吲哚等；多环类化合物包括萘、蒽、菲与-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与吲哚、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，废水的可生化性差。(4)废水毒性大其中含有的氰化物、芳烃、稠环与杂环化合物都是有毒物质，有的甚至是致癌物质，毒性极强
10、。2、危害(1)对人的危害 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。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
11、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.
12、2 国外焦化废水处理技术目前，国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、生化处理以与深度处理。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-生物膜法与氧化塘法。在欧洲，焦化废水处理普遍的工艺为先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。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与污泥脱水系统。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。1.2.1 物
13、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。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、COD3200mg/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与氢氧化物胶体，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与胶体微粒，以降低废水的浊
14、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。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年来越来越受到国外环保工作者的广泛重视。1.2
15、.2 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法目前国主要采用A/O与A2/O工艺与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-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。目前系统运行稳定，但由于条件控制复杂，投资费用高，为保证处理效果，运行中污泥与废水回流量较大，增加了动力消耗，且循环液带入大量溶解氧，使反硝化池难于保持理想的缺氧状态，影响反硝化过程降低了脱氮效
