焦化废水处理工艺的研究进展

2023-02-17

焦化废水所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物和含氮、氧、硫的杂环化合物等, 是一种典型的含有难降解有机化合物的工业废水, 超标排放会对环境造成严重的污染。焦化废水主要来源于两个方面, 一是来自炼焦炉的煤, 二是产生于焦化生产过程中的生产用水、蒸汽等形成的冷凝水, 称为剩余氨水[1]。焦化废水中的酚、氰化物对人体有害, 氨氮的富营养化对水体中的生态环境有危害, 特别是含有潜在致癌性的稠环芳烃。鉴于此, 国内外普遍重视焦化废水处理工艺的研究及其治理工作, 本文就国内外处理焦化废水的技术的研究进展做简单的介绍。

一、生化处理法

1. 活性污泥法

活性污泥法是应用最为广泛的焦化废水好氧生物处理技术, 能够有效的去除焦化废水中的酚、氰, 但是由于焦化废水中多环芳烃和杂环化合物结构复杂, 活性污泥法对其的处理效果并不理想, 出水COD、BOD5和NH3-N难以满足排放标准的要求。而且活性污泥系统普遍存在污泥结构细碎, 絮凝性能低, 抗冲击能力差, 操作运行很不稳定等缺点。延长水力停留时间是提高焦化废水生化处理效果的有效途径。

2. 厌氧-好氧法 (A/O)

厌氧-好氧法 (A/O) 法是是利用自氧型硝化菌在好氧条件下将废水中的NH3-N先转化为NO2-, 再转化为NO3-, 然后异氧型反硝化菌在厌氧的条件下将NO2-转化为N2而放入大气, 达到氨氮无害化, 使废水中的难降解有机物也得到有效的去除。负荷和泥龄、溶解氧浓度、水力停留时间、p H值、回流比和碳氮比均是影响A/O法效果的主要因素。Sam等[2]介绍了美国Gary焦化厂焦化废水自1998年开始采用A/O工艺处理焦化废水脱除高浓度的氨氮, 处理效果能够达到98%。

3. SBR工艺

SBR工艺是一种间歇运行的废水处理系统, 在用一个反应器内, 通过程序控制进水、反应、沉淀、排水和排泥五个工序, 从而完成缺氧、厌氧和好氧的生化处理过程, 实现对焦化废水中有机物和氨氮的降解。SBR工艺处理焦化废水的主要优点是不要空间的分割, 时序上就能创造出缺氧和好氧环境, 完成缺氧、厌氧和好氧过程, 有利于氨氮和有机物的去除。最为重要的是, 该工艺的沉淀是一种静止的沉淀, 对于焦化废水这种污泥沉淀性能较差的废水, 固液分离效果明显能够很大程度上提高其处理效果。

4. 短程硝化-反硝化工艺

短程硝化-反硝化技术的理论基础是生物脱氮原理, 采用A/O法处理焦化废水脱氮的过程中经常会出现亚硝酸盐累积和反硝化中碳源不足的现象, 而对于反硝化菌, 无论是亚硝酸盐还是硝酸盐均可以作为其最终的受氢体, 因此整个生物脱氮过程也可经NH4+→HNO2→N2这样的途径来完成[3]。短程硝化-反硝化是把硝化反应过程控制在NO2-阶段, 直接以NO2-作为最终受氢体进行反硝化。该技术相对于活性污泥法节省耗氧量和碳源, 提高反硝化率。短程硝化-反硝化生物脱氮的重点是控制硝化反应停止在亚硝酸盐阶段, 也就是抑制硝酸菌的活性, 从而获得稳定高效的NO2-积累。

二、物理化学法

1. 吸附法

活性炭是目前废水处理中采用较多的吸附剂, 主要是用于焦化废水的深度处理。蒋文新[4]等采用活性炭吸附工艺对焦化厂生化出水进行深度处理, 活性炭吸附可以将水样中COD浓度降到100mg/L以下。在实际生产中沸石也是一种常用的吸附剂, 沸石是一种天然的多孔矿物, 在水溶液中具有良好的吸附性能和离子交换能力。天然沸石在常温常压下经过化学溶液的活化处理, 可提高吸附有机物的效果。聚硅酸盐是一类新型无机高分子复合絮凝剂, 同时具有电中和及吸附架桥作用, 絮凝效果较好, 对焦化废水有显著的处理效果。

2. 高级氧化法

高级氧化技术通常指在环境温度和压力下通过产生高活性的羟基自由基氧化降解有机污染物的处理方法, 一般是通过加入氧化剂、催化剂或借助紫外光、超声波等多种途径产生。Fenton试剂、半导体光催化氧化法、组合类臭氧法、超声化学氧化法等在处理焦化废水领域均有所应用。高级氧化技术对焦化废水中有毒有害的难降解污染物具有较强的应用优势, 处理效果明显, 且没有二次污染。

三、结语

焦化废水中有机物浓度高, 成分复杂且含有多种常规难以降解的复杂有机污染物, 由于生化处理法处理水量大且没有二次污染, 在未来较长的一段时间内, 生化处理法仍将是焦化废水处理的主要方向。因此, 研究能够提高生化处理效率的新工艺、新技术, 以及寻求效果好、成本低、操作简单且具有实际工程意义的深度处理方法具有积极的工程意义。

摘要：焦化废水是一种典型的难降解有机废水, 本文简要介绍了焦化废水治理技术的研究成果和进展, 从生化处理和物理化学处理两个方面论述了处理工艺特点及存在的问题。

关键词：焦化废水,废水处理,氨氮