焦化废水处理工艺设计改.docx

1、焦化废水处理工艺设计改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 姓名：陈涛学号：20120208602 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

2、 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 刮泥机及撇油机选型 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

3、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，现决定对某煤焦化有限责任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

4、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，以及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。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

5、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，国内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，以及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、炼焦及化工三部分。焦化废水则产生于炼焦、制气过程及化工产品回收过程，水质复杂，产生量较大。其主要来源有2：(1) 剩余氨水。由炼焦的水分及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)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及各种贮槽定期排水和事故排水；(3) 粗苯终冷水及煤气脱

6、硫和煤气终冷循环的排废水。其中含有一定数量的酚、氰、苯、硫化物及吡啶碱等。(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、中和及水洗，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：图1.1 焦化生产工艺流程焦化废水因受原煤性质、焦化产品回收工序及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

7、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、水产及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、唇癌以及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 焦化废水的特点及危害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：

8、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、硫化物及氰化物等。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、邻苯二甲酚及其同系物等；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、咔唑及吲哚等；多环类化合物包括萘、蒽、菲及-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(

9、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及吲哚、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、稠环及杂环化合物都是有毒物质，有的甚至是致癌物质，毒性极强。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内。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

10、。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，可使人体内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，会消耗水体当中大量的溶解氧，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

11、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。1.2 国内外焦化废水处理技术目前，国内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、生化处理以及深度处理。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-生物膜法及氧化塘法。在欧洲，焦化废水

12、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及污泥脱水系统。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。刘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

13、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及氢氧化物胶体，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及胶体微粒，以降低废水的浊度和色度，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。上海焦化总厂选用厌氧- 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

14、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年来越来越受到国内外环保工作者的广泛重视。1.2.2 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法目前国内主要采用A/O与A2/O工艺及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

15、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，运行中污泥及废水回流量较大，增加了动力消耗，且内循环液带入大量溶解氧，使反硝化池内难于保持理想的缺氧状态，影响反硝化过程降低了脱氮效率。2、SBR法 SBR池兼均化、沉淀、生物降解及终沉等功能于一体。国内外对SBR法研究的结果表明此法工艺简单、运行费用低、运行管理简单，同时不必设调节池，多数情况下可省去初沉池。SBR反应池生化反

16、应能力强，处理效果好，能有效地防止污泥膨胀，耐冲击负荷能力强，工作稳定性强。用它来处理焦化废水，NH3-N的去除率达60%，传统SBR法对焦化废水降解效率不高18,19。3、氧化沟技术随着氧化沟技术的发展，出现了一系列脱氮技术与氧化沟技术相结合的废水处理工艺流程。按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。连续工作式氧化沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、好氧段都能取得较好的脱氮效果。1.2.3 化学处理法1、催化湿式氧化技术催化温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

17、浮的有机物氧化，最终转化为无害物质N2和CO2排放。该技术的研究始于20世纪70 年代，是在Zim-merman的湿式氧化技术的基础上发展起来的。湿式催化氧化法具有适用范围广、氧化速度快、处理效率高、二次废染低、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，且在高温高压条件下运行，对工艺设备要求严格，国内很少将该法用于废水处理20 。 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，同时还可起到脱色、除臭、杀菌的作用。该法不会造成二次废染，操作管理简单方便。但是，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。因此，

18、目前臭氧氧化法还主要应用于废水的深度处理。在美国已开始应用臭氧氧化法处理焦化废水。2 水质分析和处理工艺选择2.2 废水来源及特征2.1.1来源组成 焦化废水是焦化厂在焦炭炼制、煤气净化及化工产品回收过程中产生的大量毒性极高的废水，其主要来源有：煤挟带水，反应生成水和焦化产品蒸馏、洗涤加入的蒸汽和新鲜水，在与煤气和产品接触后冷凝或分离出来的废水，包括集气管分离液和初冷液组成的剩余氨水，氨水工艺中洗氨的富氨水。这两部分废水经蒸氨（回收）后排出。硫氨工艺中的终冷洗苯水。苯、焦油、古马隆等化工产品加工的分离水。上述废水量约为0.25-0.30m3/t焦。但实际上要大的多，各部分水量见表2.1：表2.

19、1 焦化废水的来源排水地点排放方式水量(m3/t焦)蒸氨水硫氨工艺连续0.22-0.35氨水工艺连续0.35-0.83硫氨终冷水连续0.40-0.60苯加工连续0.01-0.042焦油加工连续0.007-0.02煤气水封水连续0.006-0.0172.1.2水质特征煤中碳、氢、氧、氮、硫等元素，在干馏过程中转变成各种氧、氮、硫的有机和无机化合物，使煤气中的水分及蒸汽的冷凝液中含有多种有毒有害的废染物。由于煤中含氮物多，煤气中含氮6-12g/km3，经脱苯，洗氨后为0.05-0.08 g/km3,所以废水中含很高的氮和酚类化合物以及大量有机氮、CN-、SCN-及硫化物等等。焦化废水中所含废染物分

20、为无机物和有机物两大类。无机物一般以铵盐存在，包括(NH4)2CO3、NH4HCO3、(NH4)2S、NH4HS、NH4CN、NH2(COO)NH4、(NH4)2xSx、NH4CI、(NH4)2SO4、NH4SCN、(NH4)2S2O3、NH4Fe(CN)3等。焦化废水中的有机物包括低沸点的苯类和难挥发的中、碱性及酸性组分。其中酚类化合物有：苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚、二甲酚、邻苯二酚、间苯二酚及其同系物等，杂环类化合物包括二氮杂苯、氮杂联苯、氮杂苊、氮杂菲、氮杂蒽、吡啶、喹啉、咪唑、吲哚等; 多环类化合物包括苯、蒽、菲、苊、苯并芘等。2.1.3 排放量排放量：140m3 /h2.2 排放标

21、准处理要求：据厂方要求，出水应达到综合废水排放标准(GB8978-1996)一级标准。（CODCr100mg/L；BOD5100mg/L，NH3-N15mg/L；SS70mg/L；油类10mg/L）2.3 废水水质2.3.1 焦化废水水质见表2.2，2.3,2.4所示。表2.2 焦化废水水质CODCrBOD5NH3-NSS油类2000mg/L800mg/L150mg/L210mg/L300mg/L表2.3 生活废水水质CODCrBOD5NH3-NSS油类400mg/L200mg/L40mg/L220mg/L100mg/L表2.4混合后的水质CODCrBOD5NH3-NSS油类1733mg/L7

22、33mg/L132mg/L212mg/L267mg/L由上表可知设计参数：CODCr1733mg/L；BOD5733mg/L；NH3-N132mg/L；SS212mg/L；油类267mg/L；水量12.5m3/h，其中废水6.25m3/h，在生化阶段加入6.25m3/h的自来水作为稀释水。2.4 处理工艺的选择2.4.1 处理工艺流程选择应考虑的因素废水处理厂的工艺流程系指在保证处理水达到所要求的处理程度的前提下，所采用的废水处理技术各单元的有机组合。在选定处理工艺流程的同时，还需要考虑各处理单元构筑物的形式，两者互为制约，互为影响。废水处理工艺流程的选定，主要以下列各项因素作为依据。1、废水

23、的处理程度2、工程造价与运行费用3、当地的各项条件由于该焦化废水含氮量比较高，故脱氮是必须考虑的一项主要任务，在去除有机物等废染物的同时必须考虑对氮的去除。故选取二级强化处理。可供选取的工艺：A/O工艺，A2/O工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺。2.4.2 工艺对比焦化废水含高浓度的氮，因此所选工艺要具有良好的脱氮功能，以下是对具有脱氮的工艺的特点的比较：1、A2/O工艺 A2/O工艺的特点：1)厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷功能；2)在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺

24、。3)在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀。4)污泥中含磷量高，一般为2.5%以上。2、A/O工艺工艺流程图见图2.2所示。充该工艺具有以下特点：1)反硝化产生碱度补硝化反应之需，约可补偿硝化反应中所消耗碱度的50%左右；2)利用原废水中的有机物，无需外加碳源；3)利用硝酸盐作为电子受体处理进水中有机物，这不仅可以节省后续曝气量，而且反硝化菌对碳源的利用更广泛，甚至包括难降解有机物；4)前置缺氧池可以有效控制系统的污泥膨胀N2回流废泥硝化液回流硝化反应器（好氧）反硝化反应器（缺氧）（缺氧进水沉淀池 剩余废泥图2.2 A/O生物脱氮工艺 3、氧

25、化沟工艺氧化沟具有以下特点： (1)工艺流程简单，运行管理方便。氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池。有些类型氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统。 (2)运行稳定，处理效果好。氧化沟的BOD平均处理水平可达到95%左右。 (3)能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。但是氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大。 (4)污泥量少、性质稳定。由于氧化沟泥龄长。一般为2030d，污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量少从而管理简单，运行费用低。 (5)可以脱氮。可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境达到脱氮目的，脱氮效率可达80%。但要达到较高的效果则需要

26、采取另外措施。 (6)基建投资省、运行费用低。和传统活性污泥法工艺相比，在去除BOD、去除BOD和NH3-N及去除BOD和脱氮三种情况下，基建费用和运行费用都有较大降低。4、SBR工艺SBR工艺具有以下特点： (1)SBR工艺流程简单、管理方便、造价低。SBR工艺只有一个反应器，不需要二沉池，不需要污泥回流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比传统活性污泥工艺节省基建投资 30%以上，而且布置紧凑，节省用地。由于科技进步，目前自动控制已相当成熟、配套。这就使得运行管理变得十分方便、灵活，很适合小城市采用。 (2)处理效果好。SBR工艺反应过程是不连续的，是典型的非稳态过程，但在曝气阶段其底物

27、和微生物浓度变化是连续的(尽管是处于完全混合状态中)，随时间的延续而逐渐降低。反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化的变化过程之中，因此处理效果好。 (3)有较好的除磷脱氮效果。SBR工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高除磷脱氮效率。 (4)污泥沉降性能好。SBR工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。同时由于SBR工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好。 (5)SBR工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质波动。2.4.3 工艺选择 通过以上比较，选定本废

28、水的处理工艺为A/O工艺。因为此工艺流程简单，基建费用及运行费用较低，而且脱氮效果较好，反硝化菌还可以去除一些难降解有机物。该工艺又称为前置缺氧好氧生物脱氮工艺。反硝化产生碱度补充硝化反应之需，约可补偿硝化反应中所消耗碱度的50%左右；利用原废水中的有机物，无需外加碳源；利用硝酸盐作为电子受体处理进水中有机物，这不仅可以节省后续曝气量，而且反硝化菌对碳源的利用更广泛，甚至包括难降解有机物；前置缺氧池可以有效控制系统的污泥膨胀。2.4.4 A/O工艺原理A/O工艺由两部分组成：缺氧反应池和好氧反应池。废水首先进入缺氧池，在缺氧池内反硝化细菌利用原水中的酚等有机物作为电子受体将回流的硝化液液中的N

29、O2和NO3还原成气态氮化合物N2、N2O。反硝化出水流经过好氧池曝气后，残留的有机物被氧化，含氮化合物被硝化，硝态氮随硝化液回流至缺氧池进行反硝化。本工艺在生化池中设置填料，形成缺氧好氧生物膜处理系统，从而本处理系统的处理效果会大大改善，由于系统的稳定性会增强，故运行过程中的管理也会变得更为便捷。污泥回流的目的在于维持反应池中的污泥浓度，防止污泥流失。混合液回流的目的为反硝化提供电子受体(NO2和NO3)，同时达到去除硝态氮的目的。2.4.5 A/O工艺流程见图2.3所示。调节池浮选池隔油池格栅进水加混凝剂废泥回流混凝反应池二沉池好氧池缺氧池排泥硝化液回流混凝沉淀池排泥脱水废泥浓缩池泥饼外运

30、出水图2.3设计工艺示意图2.5 各段工艺去除率2.5.2、本工艺设计各单元去除率见表2.5。表2.5 各单元进出水浓度、去除率水质指标CODCr(mg/l)氨氮(mg/L)SS油类(mg/l)隔油池进水1733132212267出水162913220153去除率6%05%80%气浮池进水162913220153出水1531.3132190.910.6去除率6%05%80%调节池进水1531.3132190.910.6出水756.66695.410去除率50%50%50%10%缺氧生化反应池进水756.66695.410出水378.319.885.910去除率50%70%10%10%好氧生化反应池进水378.319.885.910出水94.59.9 77.310去除率75%50%10%-二沉池进水94.59.977.3-出水858.915.5