焦化廢水處理中焦粉的綜合利用技術(shù)
隨著我國對焦化行業(yè)環(huán)保要求的提高，焦化行業(yè)“三廢”的治理逐漸成為制約企業(yè)發(fā)展的重要因素，其中焦化廢水因其產(chǎn)量大、危害大、處理難，成為焦化行業(yè)亟待解決的問題。每噸焦炭生產(chǎn)產(chǎn)生的焦化廢水約為0.3 ~ 0.4t，主要來源有:
(1)焦爐煤氣冷凝液廢氨回收處理后的剩余氨水。
②焦爐煤氣中化工產(chǎn)品回收精制過程中的工藝介質(zhì)分離水。
③循環(huán)系統(tǒng)排水、水封和沖洗水。
④廠區(qū)生活污水等。焦化廢水中含有苯酚、氨氮、氰化物、苯、吡啶、吲哚、喹啉等數(shù)十種污染物。它是一種典型的難降解有機廢水，成分復(fù)雜，污染物濃度高，色度高，毒性大，性質(zhì)非常穩(wěn)定。
目前焦化企業(yè)焦化廢水的處理工藝一般是:物化處理→預(yù)處理→常規(guī)處理→熄焦。其中，物化處理主要是工藝工段的“脫酚蒸氨”，預(yù)處理主要是混凝除油，常規(guī)處理主要是生化處理(A2/O等。)+混凝沉淀，出水用于濕法熄焦，看似實現(xiàn)了焦化廢水的“零排放”，但實際上熄焦用廢水的蒸發(fā)對環(huán)境造成了極大的破壞。隨著干熄焦的推廣，焦化廢水沒有出路，必須回用于企業(yè)。但早期的常規(guī)處理工藝對氨氮、COD等物質(zhì)的去除能力有限，難以滿足嚴格的回用水水質(zhì)要求。焦化企業(yè)廢水處理的主要問題概括為:焦化廢水含有大量難降解有機物，需要采用高級催化氧化等化學(xué)處理方法，導(dǎo)致廢水處理成本高。經(jīng)過生化處理后，氨氮可以得到有效去除，但COD去除有限，色度過高，增加了后續(xù)深度處理和回用的難度。如何以較低的成本使焦化廢水獲得良好的處理效果，達到資源化的目的，已成為當今業(yè)界的研究課題。
焦粉是焦炭破碎過程中產(chǎn)生的粒徑小于5mm的焦炭。焦粉作為焦化企業(yè)的副產(chǎn)品之一，約占焦炭產(chǎn)品的4%。主要來源于焦化廠篩分工段、環(huán)境除塵站、干熄焦工藝除塵站，可連續(xù)大批量生產(chǎn)。收集的焦粉一般用作配煤和焦爐，也可用作高分子、電子、建筑等行業(yè)的碳素材料。焦粉經(jīng)高溫煅燒活化后，具有類似活性炭的孔結(jié)構(gòu)，具有自產(chǎn)、無需粉碎、價廉易得的特點。取代活性炭作為焦化廠廢水處理的吸附材料，正逐漸引起人們的重視，正在研究和應(yīng)用。
1.焦粉的活化與改性
與活性炭相比，焦粉孔隙少，吸附能力差，需要通過改性和活化來增強其吸附能力。蔡榮等人以焦粉和煤焦油為原料，經(jīng)過高溫炭化和活化，制備出中孔和大孔發(fā)達的焦粉活性炭材料。在活化時間80min、活化溫度900℃、KOH與廢焦粉質(zhì)量比為4、焦粉粒度小于0.05mm的條件下，制備的焦粉活性炭的亞甲基藍吸附值遠高于純炭，產(chǎn)率為35.6%。田和張金勇對焦粉進行高溫活化，然后分別用H2SO4、HNO3和NaOH對其進行改性，結(jié)果表明不同改性劑的改性機理不同，酸改性能更好地提高焦粉的吸附性能。
對焦粉進行活化改性生產(chǎn)焦粉活性炭代替商品活性炭是實現(xiàn)焦粉綜合利用處理焦化廠焦化廢水的可行方法，但活化改性過程會增加水處理成本。
2.焦粉直接用作吸附劑。
國內(nèi)外對焦粉直接用作吸附劑處理焦化廢水進行了大量研究，其中焦粉經(jīng)過生化處理后用于深度處理工藝。焦粉還用于吸附焦化廢水，無需生化處理。研究者對焦粉的吸附條件做了如下研究，如焦粉用量、焦粉粒徑、吸附時間、pH值等。
2.1焦粉用量
在焦粉用量對吸附效果影響的研究中，在其他條件基本相同的情況下(吸附時間為3h，焦粉粒徑為0.1~2mm)，焦粉用量越大，吸附效果越好。以利亞焦化廢水經(jīng)生化處理后(COD約為275mg/L，色度為1396，pH值為4)為研究對象，當焦粉投加量為100g/L時，COD去除率和色度去除率分別為70%和75%。徐元浩以二沉池出水(COD約為200mg/L，pH值為4)的生化處理為研究對象。當焦粉投加量為133g/L時，COD去除率為71%。陳鵬等人研究了生化處理和催化氧化的出水(COD約為60 ~ 80 mg/L，色度為40 ~ 50倍)。當焦粉投加量為80g/L時，COD去除率為37.4%，色度降低到23倍。于柏林等人研究了生化處理的出水(COD約為176mg/L，pH值為7 ~ 9)，用焦粉作濾料，用1噸焦粉(濾料用量為5g/L)過濾200t廢水，COD去除率為60%。
張洪恩等研究了除油蒸氨后的焦化廢水(COD約為3750mg/L，pH值為8)。當焦粉投加量為20%，即200g/L時，吸附時間為1min，COD去除率為60%。莫合章等以焦化廢水(COD約16000mg/L，色度25000，pH值9.1)為研究對象。當焦粉投加量為200g/L，吸附時間為6h時，COD去除率為91.6%，色度去除率為90%。
2.2焦粉的粒度
在焦粉用量對吸附效果影響的研究中，在其他條件基本相同的情況下，李亞、、余斌、的研究表明粒徑為0.1 ~ 0.2 mm的焦粉吸附效果較好，徐元浩的研究表明粒徑為2.2mm的焦粉吸附效果較好。隨著焦粉粒徑的增大，其比表面積和孔隙率明顯減小，有效吸附容量降低，因此焦粉粒徑越小，吸附容量越好。
2.3吸附時間
李亞、徐元浩和于柏林的研究表明，在攪拌均勻的條件下，3h是吸附的最佳時間。吸附時間過短，由于受焦粉吸附速率的影響，廢水中的有機物不能完全吸附在焦粉表面，吸附后出水和色度不達標。如果吸附時間過長，單位質(zhì)量焦粉的水力負荷會降低，焦粉用量也會相應(yīng)增加。
2.4 pH值
李亞、徐元浩和陳鵬的研究表明，當pH值為2 ~ 4時，焦粉對COD的去除率較高。廢水的酸性更有利于焦粉的吸附，這也與上述焦粉的酸性改性增強吸附能力相一致。張洪恩研究表明，廢水的pH值對焦粉吸附去除COD和揮發(fā)酚的影響不大。
3.存在的問題
3.1劑量
每項研究中，使焦化廢水COD去除率達到40% ~ 75%的焦粉用量為80g/L ~ 200g/L(吸附時間約為3小時)。但在實際工程中，每噸焦炭產(chǎn)生的廢水量為0.3~0.4t，每噸焦炭產(chǎn)生的焦粉量約為4%，可用于焦化廢水處理的焦粉量約為1% ~ 2%。另外，隨著煉焦生產(chǎn)的間歇周轉(zhuǎn)，僅使用自產(chǎn)焦粉時，添加量超過80g/L是不合理的。
3.2加藥模式
有研究者在發(fā)明專利中設(shè)計了焦粉的添加方式和工業(yè)化生產(chǎn)方式。劉閑用焦粉代替活性炭裝在吸附塔中吸附3 ~ 4小時。一旦吸附飽和，過濾設(shè)備中焦粉的更換就無法機械化，完全是間歇式添加和出料，勞動消耗和強度都很大。而且設(shè)計沒有考慮過濾速度的問題。如果采用推薦的方法，吸附塔數(shù)量極大，實際布置操作困難。于柏林和采用添加裝置將焦粉加入反應(yīng)器(池)進行吸附的方法也值得商榷，因為焦粉來自除塵站，粒徑極小。如果不直接采取防塵措施，可能造成粉塵的二次污染，焦粉密度小于水，難以與焦化廢水混合。
4.結(jié)論與展望
綜上所述，焦粉對焦化廢水中的污染物有很強的吸附能力，但焦粉的用量和方法存在一些問題。后續(xù)研究應(yīng)進一步分析焦粉的理化性質(zhì)，篩選吸附能力強的焦粉，并對焦化廢水進行分類處理，合理利用焦化企業(yè)生產(chǎn)的焦粉。此外，焦粉添加工藝應(yīng)經(jīng)濟實用、易于操作、易于實現(xiàn)自動化，這對工藝系統(tǒng)的設(shè)計提出了更高的要求。
國內(nèi)用焦粉處理焦化廢水的實踐經(jīng)驗很少，技術(shù)還不成熟，運行參數(shù)需要優(yōu)化和論證。但不可否認的是，焦粉有很大的使用價值，要實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化，突破焦化企業(yè)的環(huán)保難題，還需要做更多的研究。(來源:Xi安華江環(huán)保科技有限公司金安分公司)
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