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采用电化学和催化湿式过氧化氢氧化(CWPO)组合技术作为深度处理工艺,处理不同地区焦化废水,表现出良好的处理效果和较低的运行成本。其中COD的去除率可达66.1%~82.7%,TOC的去除率在65.3%~81.1%,悬浮物去除率100%,色度的去除率在93.8%~96.87%。该组合工艺吨水处理成本不高于5元,出水基本符合工业循环冷却水或再生水标准,可用于生化稀释水或循环冷却水补充水,实现了工业废水的循环利用。

一方面焦化行业生产运行过程中需要大量的新水作为工艺循环冷却水补充水,另一方面在炼焦过程、煤气净化及化工产品回收过程中又产生大量的高浓度、难降解废水。

以鞍钢化工总厂每年焦炭生产能力710万吨为例,吨焦新水用量1.476m3,循环用水量50.544m3,吨焦用水量52.183m3,外排废水量0.297m3[1]。所以,每年焦炭生产过程中新水用量1047.96万m3,循环用水量35886.24万m3,吨焦用水量37049.93万m3,外排废水量210.87万m3。因此,炼焦过程中新水补充量和外排废水量大,造成水资源的严重浪费。

目前,常采用的焦化废水处理工艺为预处理→生化处理→深度处理,深度处理后出水外排。生化处理工艺中,由于焦化废水中污染物浓度高,处理难度大,预处理后不能直接进行生化处理,需要添加新水进行稀释,降低污染物浓度,保证生化系统的稳定运行。

但是生化后二沉池出水COD仍然较高,需要深度处理才能达到国家排放标准。目前焦化废水深度处理工艺主要有:(1)混凝和O3氧化技术[2,3],O3溶于水后生成强氧化性羟基自由基(˙OH),可将水中复杂的大分子有机物分解成小分子化合物。

但是O3本身在水中的溶解率低,逸散出来的O3易造成二次污染(;2)芬顿氧化和混凝技术[4],是利用Fe2+作为催化剂催化H2O2产生˙OH分解有机物成为H2O和CO2,但是需要在强酸性条件下反应,药剂投加量大,产生大量铁泥;(3)三维电解[5],是将电极作为催化剂,以双氧水作为氧化剂而进行的氧化反应,并进行混凝物化反应处理,采用贵金属电极,耗电量大,需要加入药剂和活性炭,产生大量污泥,易产生二次污染。

现有深度处理工艺在COD、悬浮物和色度的去除效果方面较差,同时对难降解、有毒的污染物去除率低,不能有效地将大分子污染物去环、断链分解为小分子化合物,所以其作为生化稀释水和循环冷却水存在潜在的危害,处理后的水不能循环再利用,只能外排。因此,焦化废水深度处理技术的研发与非常规水资源的利用技术对我国水资源保护具有重要意义。

所以,针对焦化废水生化后二沉池出水COD、悬浮物和色度高的问题,并结合对各种深度处理技术的评价对比,提出了利用电化学和CWPO(催化湿式过氧化氢)高级氧化技术组合工艺深度处理焦化废水。

利用电化学的电氧化、吸附和气浮分离的原理,去除部分COD和大部分悬浮物及色度,水质明显改善,再通过CWPO高级氧化技术进一步矿化去除残余的COD,实现脱色除臭;最终处理出水满足再生水指标,一部分作为生化处理过程的稀释水和消泡水,另一部分作为工业生产系统的循环冷却水补充水。该组合工艺减少了废水排放量,避免二次污染,既提高了污染物的去除率,又降低了运行成本。

本文研究了电化学和CWPO高级氧化技术组合工艺的可行性和影响因素,并对运行条件进行了优化,验证了该组合工艺的稳定性,为工程化提供技术基础。

1实验工艺与流程

1.1电化学处理工艺

电化学水处理技术是利用金属在通电的状态下,阳极发生氧化作用溶出金属阳离子,阴极发生还原反应产生OH-,通过氧化还原反应去除水中的污染物;金属阳离子与OH-生成新生态的絮凝剂,吸附去除悬浮物,并对色度有较好的去除效果;

电解过程中阴极和阳极分别产生氢气和氧气,气泡上升的过程中,对悬浮物、胶体污染物及结构松散的絮体具有较强的浮载能力,使这些物质迅速上浮到水体表面从而被去除;

除此外,污染物在电极表面被直接氧化还原去除或与电解过程中产生的活性物质发生氧化还原反应而被去除[6,7]。电化学去除污染物机制如图1所示。

焦化废水低成本深度处理回用技术

1.2CWPO高级氧化技术

CWPO高级氧化技术是在常温常压下,以双氧水为氧化剂,在固相催化剂的作用下产生具有强氧化性的˙OH,可大幅度降低难降解污染物的浓度,将大分子难降解的污染物去环断链为小分子中间物质,再将中间产物矿化,最后将有机污染物彻底分解为二氧化碳和水等无机物并脱色除臭的化学过程[8,9]。CWPO高级氧化技术去除污染物机制如图2所示。

焦化废水低成本深度处理回用技术

1.3焦化废水低成本深度处理路线

经过电化学和CWPO组合处理后的出水可以作为生化稀释水和消泡水,或作为循环冷却补充水。处理工艺流程如图3所示。

焦化废水低成本深度处理回用技术

2实验研究

2.1电化学试验

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