毕业设计论文混凝吸附方法深度处理焦化废水的研究.doc
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1、 辽宁科技大学毕业设计(论文) 第IV页混凝吸附方法深度处理焦化废水的研究摘要本文以焦化废水二级生化出水为研究对象,采用膨润土、改性双氰胺PAC、PAM作为基本材料,对焦化废水进行深度处理。本课题探讨了膨润土的量、氢氧化钙的量、双氰胺改性絮凝剂的用量、PAC和PAM对焦化废水COD和色度的影响。试验结果显示:膨润土具有较高的吸附性能,当膨润土添加量为3.3g/L、PAC添加量为1.98g/L、PAM添加量为0.132g/L时,COD去除率达到59.2%,脱色率达到90.3%;改性双氰胺絮凝剂对焦化废水的色度有极高的去除作用,脱色率可达到91%以上,但对焦化废水的COD去除效果不明显。通过正交试
2、验,确定焦化废水深度处理的最佳反应条件为:膨润土3.96g/L,氢氧化钙0.297g/L,改性双氰胺3.96ml/L,PAC 1.98g/L,PAM 0.132g/L。经本方法处理后,焦化废水的COD从180mg/L降到63mg/L,色度从250降低至50以下,达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996 一级标准)。关键词:膨润土;改性双氰胺;焦化废水;COD;脱色Study on Advanced Treatment of Coking Wastewater by Coagulation and AdsorptionAbstractIn this paper, montmorillon
3、ite, modified dicyandiamide, polyaluminium chloride and Polyacrylamide were selected as experimental materials for the advanced treatment of coking wastewater,and the effect of addition quantity of montmorillonite, Ca(OH)2, modified dicyandiamide, polyaluminium chloride and Polyacrylamide on the rem
4、oval of COD and color were disscussed too. Results were as follows: montmorillonite exhibited high adsorption capacity. The removal rate of COD and color for coking wastewater were 59.2% and 90.3% respectively when the addition quantity of montmorillonite was 3.3g/L, polyaluminium chloride was 1.98g
5、/L and Polyacrylamide was 0.132g/L. modified dicyandiamide showed high ability on color, but the removal of COD was not obvious. The optimal process conditions based on orthogonal experiment were: montmorillonite 3.96g/L, Ca(HO)2 0.198g/L, modified dicyandiamide 3.96ml/L, polyaluminium chloride 1.98
6、g/L and Polyacrylamide 0.132g/L. The COD value of treated coking wastewater decreased to 63mg/L and color below 50 under optimal conditions, which reached I-class criteria specified in “Integrated Wastewater Discharge Standard” (GB 8978-1996). Key word: montmorillonite; Modified dicyandiamide; Cokin
7、g wastewater;COD; chromaticity 1 绪论11.1 引言11.2 焦化废水的来源及特点21.3 焦化废水的处理技术现状31.4 焦化废水的深度处理技术41.4.1 生物法41.4.2 化学处理法41.4.3 物理处理法61.5 本研究的的目的及意义72、实验材料及方法72.1 实验材料72.1.1焦化废水72.2 实验原料及仪器82.2.1 实验原料82.2.2 实验仪器102.3水质分析方法102.4 实验装置113.实验结果与分析133.1 PAC/ PAM对焦化废水色度及COD去除率的影响133.1.1实验过程133.1.2 结果与分析133.2 不同量的膨润
8、土对焦化废水的色度及COD的影响143.2.1 实验过程143.2.2 结果与分析143.3 氢氧化钙添加量对焦化废水的色度及COD的影响163.3.1 实验过程163.3.2结果与分析163.4 双氰胺改性絮凝剂对焦化废水的色度及COD的影响173.4.1 实验过程173.4.2 结果与分析183.5 最佳配比正交试验193.5.1 实验过程203.5.2结果与讨论213.5.3 成本分析22附图:试验结果对比244结论29致谢30参考文献:31 辽宁科技大学毕业设计(论文) 第25页 1 绪论1.1 引言水资源是指由当地降水产生的,可以用于人们生产与生活各类用途,存在于河流、湖泊、地下含水
9、层中的逐年可更新的动态水资源,主要包括地表水和地下水。水资源具有循环性和有限性、时空分布不均匀性、不可替代性、经济上的利害两重性等四种特性。 我国是一个水资源缺乏的国家,人均水资源只有世界平均水平的四分之一,被联合国列为13个贫水国之一。水资源紧缺的问题已经制约了国民经济和社会的发展,虽然这些年来我国一直强调节约用水,但各地的用水量和排水量不断增长,水污染也不断加剧。因此,开展污水回用工作,已经迫在眉睫。缺水和环保已经成为制约高耗水、多污染石化企业可持续发展的瓶颈。近些年来随着人类环保意识的不断提高,对于生存的环境,特别是对水、空气等加大了对其处理,高科技的投入。在人类造成的污水当中有的成分较
10、简单、生物降解性较好、浓度较低的工业有机废水都可通过组合传统工艺而得以处理,但对于高浓度高毒性废水,如焦化、染料、制药等废水则因技术和经济原因,治理难度较大。而我国又是焦化废水(焦炭)生产和应用大国,因此产生了大量的处理难度较大的焦化废水,焦化废水中有机成分复杂且含有一些有毒的物质1。1.2 焦化废水的来源及特点备煤煤焦炉焦炭加工焦炭煤气初冷焦油氨水分离焦油加工煤气脱氨煤气终冷煤气终冷煤气终冷煤气脱氨蒸苯粗苯加工古马隆生产冷煤气煤气管道水封水焦化生产过程中排放出大量含酚、氰、油、氨氮等有毒、有害物质的废水。焦化废水主要来自炼焦和煤气净化过程及化工产品的精制过程,其中以蒸氦过程中产生的剩余氨水为
11、主要来源。蒸氨废水是混合剩余氨水蒸馏后所排出的废水。剩余氨水是焦化厂最重要的酚氰废水源,是含氨的高浓度酚水,由冷凝鼓风工段循环氨水泵排出,送往剩余氨水贮槽。剩余氨水主要由三部分组成:装炉煤表面的湿存水、装炉煤干馏产生的化合水和添加入吸煤气管道和集气管循环氧水泵内的含油工艺废水。剩余氨水总量可按装炉煤14计。剩余氨水在贮槽中与其它生产装置送来的工艺废水混合后,称为混合剩余氨水。混合剩余氨水的去向,有的是直接蒸氨,有的是先脱酚后蒸氨,有的是与富氨水合在一起蒸氨,还有的是与脱硫富液一起脱酸菜氨,脱酸蒸氨前要进行过滤除油8。焦化废水所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等,是一
12、种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。焦化废水中的易降解有机物主要是酚类化合物和苯类化合物,砒咯、萘、呋喃、眯唑类属于可降解类有机物。难降解的有机物主要有砒啶、咔唑、联苯、三联苯等9。焦化废水的水质因各厂工艺流程和生产操作方式差异很大而不同。一般焦化厂的蒸氨废水水质如下:CODcr30003800mgL、酚600900mgL、氰10mgL、油5070mg/L、氨氮300mg/L左右。如果CODcr按3500mgL计,氨氮按280mg/L计,则每吨焦炭最少可产生0.65kgCODcr和0.05kg氨氮,全国机焦产量为7000万吨,则每年可产生45500吨CODcr和3500吨氨氮,如果污水不
13、处理,将对环境造成多么大的污染13。1.3 焦化废水的处理技术现状焦化废水的处理,一直是国内外污水处理领域的一大难题,几十年来尚未出现突破性的研究成果。废水中污染物成份复杂,含有挥发酚、多环芳烃和氧、硫、氮等杂环化合物,属较难生化降解的高浓度有机工业废水。目前焦化废水一般按常规方法先进行预处理,然后进行生物脱酚二次处理。但是,焦化废水经上述处理后,外排废水中氰化物、COD及氨氮等指标仍然很难达标。其废水处理工艺如图1.1。生产排放废水蒸氨出油池调节池浮选池污泥沉淀池s生物曝气池s混凝沉淀池s出 水s污泥送煤池s回流污泥s空气图1.1焦化废水典型处理工艺流程 1.4 焦化废水的深度处理技术焦化废
14、水一般要通过预处理(一级处理)、二级处理(一般采用生化处理)和深度处理才能排放。但是,焦化废水在二级出水中COD和色度等指标往往是超标的,所以要进行三级深度处理。目前,焦化废水深度处理的方法主要有以下几种:1.4.1 生物法 【1】生物处理法是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深度处理。目前,活性污泥法是一种应用最广泛的焦化废水好氧生物处理技术。这种方法是让生物絮凝体及活性污泥与废水中的有机物充分接触;溶解性的有机物被细胞所吸收和吸附,并最终氧化为最终产物(主要是CO2)。非溶解性有机物先被转化为溶解性有机物,然后被代谢和利用。近年来,人们从微生物、反应器及工艺流
15、程几方面着手,研究开发了生物强化技术:生物流化床,固定化生物处理技术及生物脱氮技术等。这些技术的发展使得大多数有机物质实现了生物降解处理,出水水质得到了很大改善,使得生物处理技术成为一项很有发展前景的废水处理技术。合肥钢铁集团公司焦化厂、安阳钢铁公司焦化厂、昆明焦化制气厂采用A/O(缺氧/好氧)法生物脱氮工艺,运行结果表明该工艺运行稳定可靠,废水处理效果良好,但是处理设施规模大,投资费用高。上海宝钢焦化厂将原有的A/O生物脱氮工艺改为A/OO工艺,污水处理效果优于A/O工艺,运行成本有所降低,效果明显。总的来看,生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行费用相对较低等优点,改进后的新技术使焦化废
16、水处理达到了工程应用要求,从而使得该技术在国内外广泛采用。但是生物降解法的稀释水用量大,处理设施规模大,停留时间长,投资费用较高,对废水的水质条件要求严格,废水的pH值、温度、营养、有毒物质浓度、进水有机物浓度、溶解氧量等多种因素都会影响到细菌的生长和出水水质,这也就对操作管理提出了较高要求18。1.4.2 化学处理法【4】1.化湿式氧化技术催化湿式氧化技术是在高温、高压条件下,在催化剂作用下,用空气中的氧将溶于水或在水中悬浮的有机物氧化,最终转化为无害物质N和CO排放。该技术的研究始于20世纪70年代,是在Zimmerman的湿式氧化技术的基础上发展起来的。在我国,鞍山焦耐院与中科院大连物化
17、所合作,曾经成功地研制出双组分的高活性催化剂,对高浓度的含氨氮和有机物的焦化废水具有极佳的处理效果。湿式催化氧化法具有适用范围广、氧化速度快、处理效率高、二次污染低、可回收能量和有用物料等优点。但是,由于其催化剂价格昂贵,处理成本高,且在高温高压条件下运行,对工艺设备要求严格,投资费用高,国内很少将该法用于废水处理。2.臭氧氧化法臭氧是一种强氧化剂,能与废水中大多数有机物,微生物迅速反应,可除去废水中的酚、氰等污染物,并降低其COD、BOD值,同时还可起到脱色、除臭、杀菌的作用。臭氧的强氧化性可将废水中的污染物快速、有效地除去,而且臭氧在水中很快分解为氧,不会造成二次污染,操作管理简单方便。但
18、是,这种方法也存在投资高、电耗大、处理成本高的缺点。同时若操作不当,臭氧会对周围生物造成危害。3.离子体处理技术等离子体技术是利用高压毫微秒脉冲放电所产生的高能电子(520 eV)、紫外线等多效应综合作用,降解废水中的有机物质。等离子体处理技术是一种高效、低能耗、使用范围广、处理量大的新型环保技术,目前还处于研究阶段。有研究表明,经等离子体处理的焦化废水,有机物大分子被破坏成小分子,可生物降解性大大提高,再经活性污泥法处理,出水的酚、氰、COD指标均有大幅下降,具有发展前景。但处理装置费用较高,有待于进一步研究开发廉价的处理装置。4.光催化氧化法光催化氧化法是由光能引起电子和空隙之间的反应,产
19、生具有较强反应活性的电子(空穴对),这些电子(空穴对)迁移到颗粒表面,便可以参与和加速氧化还原反应的进行。光催化氧化法对水中酚类物质及其他有机物都有较高的去除率。高华等在焦化废水中加入催化剂粉末,在紫外光照射下鼓入空气,能将焦化废水中的所有有机毒物和颜色有效去除。在最佳光催化条件下,控制废水流量为3600 mL/h,就可以使出水COD值由472 mg/L降至100 mg/L以下,且检测不出多环芳烃。目前,这种方法还仅停留在理论研究阶段。这种水处理方法能有效地去除废水中的污染物且能耗低,有着很大的发展潜力。但是有时也会产生一些有害的光化学产物,造成二次污染。由于光催化降解是基于体系对光能的吸收,
20、因此,要求体系具有良好的透光性。5.化学氧化技术电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物质使污染物发生氧化还原转变。目前的研究表明,电化学氧化法氧化能力强、工艺简单、不产生二次污染,是一种前景比较广阔的废水处理技术。6.化学混凝和絮凝化学混凝和絮凝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及胶体微粒,以降低废水的浊度和色度,混凝法的关键在于混凝剂。目前一般采用聚合硫酸铁作混凝剂,对CODcr的去除效果较好,但对色度、F-的去除效果较差。浙江大学环境研究所卢建航等针对上海宝钢集团的焦化废水,开发了一种专用混凝剂。实验结果发现:混凝剂
21、最佳有效投加量为300 mg/L,最佳混凝pH范围为6.06.5;混凝剂对焦化废水中的CODCr、F-、色度及总CN都有很高的去除率,去除效果受水质波动的影响较小,混凝pH对各指标的去除效果有较大的影响。絮凝剂在废水中与有机胶质微粒进行迅速的混凝、吸附与附聚,可以使焦化废水深度处理取得更好的效果。马应歌等在相同条件下用3种常用的聚硅酸盐类絮凝剂(PASS,PZSS,PFSC)和高铁酸钠(Na2FeO4)处理焦化废水,实验结果表明,高铁酸钠具有优异的脱色功能,优良的COD去除、浊度脱除性能,形成的絮凝体颗粒小、数量少、沉降速度快、且不形成二次污染。1.4.3 物理处理法【5】物理处理法中常用的为
22、吸附法。作为一种废水处理技术,吸附法能有效去除废水中的污染物。吸附法是利用吸附剂的强吸附能力和大比表面积,将水中的杂质吸附,从而达到使水净化的目的。目前常用的吸附剂有活性炭、粉煤灰、膨润土、沸石、树脂等。活性炭孔隙结构发达、化学性质稳定、耐强酸碱、耐高温、具有良好的吸附性能,是一种常用的吸附剂。活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性质,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。但是,由于活性炭再生系统操作难度大,装置运行费用高,在焦化废水处理中未得到推广使用。1.5 本研究的的目的及意义 在焦化废水处理中,根据目前的焦化废水的处理现状,可以发现大多数企业二级生化出水中污染物指标仍
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