（环境工程专业论文）铁碳内电解法对焦化废水的处理研究.pdf

太原理_ t 大学硕士研究生学位论文 铁碳内电解法对焦化废水的处理研究 摘要 本文系统地分析了焦化废水的种类和特性。通过实际工程项目的经 验了解到单独的生化法难以处理高浓度焦化废水，甚至导致污泥死亡。 本文以太原市煤气化公司第一焦化厂废水( c o d c ，、n h 3 n 、p h 值) 作 为研究对象，考虑到焦化废水成分复杂、c o d c ，高且难降解的特点和内 电解法处理废水的高效、易操作且能提高废水可生化性等优点，设计了 以内电解预处理法处理焦化废水的方案。论文主要研究结果如下： 1 通过正交实验研究各工艺影响因素对处理效果的影响程度。选定 p h 值、停留时间和铁碳比为研究的影响因素，以c o d c 。、n h 3 - n 、色度 等为指标参数来评价处理效果。结果显示，他们的影响大小依次为：p h 值 f e c 比一停留时间。在p h 值越低、停留时问越长、铁碳比越接近l 的情况下，处理效果越好，c o d c ，和色度的去除率分别为6 9 9 * 1 j9 0 ， 且毒性减少，达到了预处理的目的。并在正交试验的基础上，对各因素 分别进行了单因素试验，最终得到最佳处理技术条件为：进水初始p h5 , 0 ， 铁碳比l ：1 5 ，反应时间8 0 m i n 。以此技术条件进行优化试验，处理效果 趋于稳定。 2 用加盐的方法来对内电解处理工艺进行强化。在工艺条件不变的 情况下，加入实验用的化学纯硫酸铝、氯化铵、氯化钙等几种常用的盐 对内电解工艺进行强化处理。研究结果表明：加盐强化不但可以提高 c o d c ，和色度的去除率，而且可以缩短反应时问。在控制最佳工艺条件 下处理焦化废水加盐比不加盐处理效果要好，硫酸铝的最佳投加量为 1 5 9 几，氯化钙的最佳投加量为1 o g m ，而氯化铵溶液因为增加了底物中 n i - h + 浓度，对于n h 3 一n 去除不利，故不予考虑，反应时间能从6 0 m i n 缩 太原理j 1 ：大学硕十研究生学位论文 短至4 0 m i n 。 3 研究在铁碳填料中添加的金属氧化物对处理效果的影响。现有的 盐及单质金属作为添加剂有一定的局限性，本文选定三氧化二铝、二氧 化锰和氧化钙这几种金属氧化物作为添加剂。发现在相同的条件下，添 加了不同比例的金属氧化物后，处理效果均有提高，通过监测，c o d c ， 的去除率可由原来的6 9 9 上升到7 9 7 8 4 4 左右，色度去除率由原来 的9 0 上升到9 3 3 9 6 o 之间。可见金属氧化物对处理效果有促进作 用。 4 针对现有的一系列提高废水生物降解性的方法进行了研究。研究 结果表明：与混凝沉淀法、兼氧法、f e n t o n 试剂氧化法几种预处理方法 相比，内电解法对焦化废水的c o d c ，及色度去除率最有效； 关键词：焦化废水，铁碳内电解法，正交试验，盐类，金属氧化物 太原理工大学硕士研究生学位论文 s t u d yo nt h ec 0 l ( i n gw a s t e w a t e ru s i n g i r o n c a r b o ni n s i d e e l e c t r o l y z a t i o nm e t h o d a b s t r a c t s y s t e m a t i ca n a l y s i so ft h ev a r i e t i e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o k i n g w a s t e w a t e rw a sc o n d u c t e d b a s e do nt h ee x p e r i e n c eo fp r a c t i c a lp r o j e c t s ，w e f o u n dt h a ti tw a su n f e a s i b l et ot r e a tt h e c o m n gw a s t e w a t e ro n l y w i t h b i o l o g i c a lm e t h o d s ，i te v e nc a u s e dt h ed e a t ho fs l u d g e c o n s i d e r i n gh i g h e r c o d c r , c o m p l e xc o m p o s i t i o na n dr e c a l c i t r a n to r g a n i cc o m p o u n d si nc o k i n g w a s t e w a t e ra n de f f e c t i v e n e s sa n de a s ei no p e r a t i o no fs i d e r - e l e c t r o l y s i s ，a n s c h e m e so fs i d e r - e l e c t r o l y s i sp r e o p e r a t em e t h o dw a se s t a b l i s h e d 1 s o m e t e c h n o l o g y c o n t r o l f a c t o r sa r es t u d i e dt h r o u g h o r t h o g o n a l e x p e r i m e n tt os t u d yt h e i ri m p a c to nt r e a t i n ge f f e c t t h ep hv a l u e ，r e a c t i o n t i m e ，t h er a t i o no ff e ca l ec h o s e na sc o n t r o lf a c t o r s c o d c n h 3 - na n d c o l o ra r ei n d i c a t i n gi n d e x e sf o re s t i m a t i n gt r e a t i n ge f f e c t t h er e s u l ts h o w s t h a te f f e c t i n go r d e ri sp hv a l u e ，t h er a t i o no ff e ca n dr e a c t i o nt i m e t h e l o w e rt h ep hv a l u ei s ，t h el o n g e rt h er e t e n t i o nt i m ei s ，a n dt h ec l o s e rt o1o f t h er a t i o n o no f f e ci s ，t h eb e t t e rt h ee f f i c i e n c yi s g e n e r a l l y , t h er e m o v a lr a t e o fc o d e ra n dc o l o r sa r er e s p e c t i v e l y6 9 9 a n d9 0 t h eb i o g r a d a b i l i t yo f e f f l u e n ti s i m p r o v e da n dt h et o x i c i t yi sr e d u c e d i ta c h i e v e st h eg o a lo f p r e t r e a t i n g a n do nt h eb a s i so ft h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ，c o n d u c t i n gt h e m o n o f a c t o rt e s tt oe a c ho ft h ef a c t o r s t h eo p t i m i z a t i o nw e r ed e t e r m i n e dt o b e ：i n i t i a lp h v a l u e ：5 o ；t h er a t i o no f t h ef e c ：i ：i 5 ；t h er e a c tt i m e ：8 0 ( m i n ) a n d o p t i m u me x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u to nt h i sc o n d i t i o n ，t h ee f f i c i e n c yg o e st o i i i 太原理【人学硕十研究生学位论文 s t a b i l i z a t i o n 2 w h i l eu s i n gt h es a l ta d d i t i o ns t r e n g t h e n i n g ，c o m m o ns a l t so fc h e m i c a l p u r ew e r ea d d e di n t o ，s u c ha sa 1 2 ( 8 0 4 ) 3 ，c a c l 2 ，n h 4 c ie t c ，t h er e s u l ts h o w e d t h a t ，i tc a nn o to n l yi n c r e a s et h er e m o v a lo fc o d c ra n dc o l o r , b u ta l s os h u t d o w nt h er e a c t i n gt i m e t h eo p t i m u md o s eo fa 1 2 ( s 0 4 ) 3a n dc a c l 2w e r e 1 5 9 la n d1 0 9 l ，a n dt h er e a c t i n gt i m ec a nb es h u td o w nf r o m6 0t o4 0 m i n u t e s b u tt h ea d d i t i o no fn h 4 c la d d e dt h en h 4 + c o n c e n t r a t i o no ft h e w a s t e w a t e r , t h ee f f e c tw a sn o te f f e c t i v e 3 t h ei n f l u e n c e so f m e t a lo x i d e sa r es t u d i e dt h r o u g ha d d i n gt h e mt ot h e f e cc a r r i e r n o w , s a l ta n dm e t a l sa r eu s e da sa d d i t i v e s ，b u tt h e yb o t hh a v e l i m i t s i nt h i sa r t i c l ea 1 2 0 3 ，m n 0 2 ，c a oa r ec h o s e na sa d d i t i v e s a tt h es a m e c o n d i t i o n s ，w h e na d d i n gd i f f e r e n tm e t a lo x i d e sw i t hd i f f e r e n tp r o p o r t i o n s ，t h e r e m o v a lr a t eo fc o d c ，i si m p r o v e dt o7 9 7 8 4 4 f r o m6 9 9 t h er e m o v a l r a t eo fc o l o ri si m p r o v e dt o9 3 3 9 6 o f r o m9 0 i tc a nb ec o n c l u d e dt h a t t h em e t a lo x i d e sc o n t r i b u t et ot h er e a c t i o n 4 as e r i e so fm e t h o d st h a tc a ni m p r o v et h eb i l d e g r a d a b i l i t yo fc o k i n g w a s t e w a t e rw e r es t u d i e d t h e r e s u l ts h o w s c o m p a r e t o c o a g u l a t i o n p r o c e s s ，f a c u l t a t i v ep r o c e s s a n d f e n t o n r e a g e n t o x i d a t i o n p r o c e s s ，t h e i r o n c a r b o ni n t e m a le l e c t r o l y s i si sm o r ee f f i c i e n ti nr e d u c i n gt h ec h e m i c a l o x y g e nd e m a n d ( c o d ) a n dc o l o r i t yo f c o k i n gw a s t e w a t e l k e yw o r d s ：c o k i n gw a s t e w a t e r , i r o n - c a r b o n i n s i d e - e l e c t r o l y z a t i o n ， o r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ，t h es a l ta d d i t i o n ，m e t a lo x i d e s i v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：塾整日期： 关于学位论文使用权的说明 o d 6 。5 。1 8 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定。其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文： 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的。 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 1 “ 签名：篁羞日期： 至丝! 点! 握 导师签名：蔓趁 日期：导师签名：丝：丝日期： 妒n 易多、 器 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 焦化废水的来源及水质特征 1 1 1 焦化废水的来源 焦化废水产生于炼焦、制气过程、废水排放量大，水质成分复杂，核磁共振色 谱分析显示：焦化污水中含有数l o 种无机和有机化合物。其中无机化合物主要是大 量铵盐、硫氰化物、硫化物、氰化物等，有机化合物除酚类外，还有单环及多环的芳 香族化合物，以及含氮、硫、氧的杂环化合物等。多环芳烃不但难以生物降解，通常 还是致癌物质，因此焦化废水的大量排放，不仅对环境造成严重污染，同时也直接威 胁到人类的健康。 从焦化废水产生的源头来分，有炼焦煤带入的水分( 表面水和化合水) 、化学产 品及精制时所排出的水，其水质随原煤组成和炼焦工艺的不同而变化。剩余氨水及煤 气净化和产品精制过程中工艺介质分离水属于高浓度焦化废水，其中含有大量的油 类、酚、氰和氨氮等。不同水质的焦化污水，其处理和处置方法是不一样的。对于焦 油蒸馏和酚精制蒸馏中分离出来的某些高浓度有机污水，因其中含有大量不可再生和 生物难降解的物质，一般要送焦油车间管式炉焚烧；煤气净化和产品精制过程中从工 艺介质中分离出来的其他高浓度污水要与剩余氨水混合，经蒸氨后以蒸氨污水的形式 排出，送焦化污水处理；焦化厂的低浓度焦化污水，水量大小不一，一般当作蒸氨污 水生化处理的稀释水。高浓度焦化污水一般要先经工艺内部处理后再外排 目前各焦化企业大多采用生化法处理焦化污水，据国家冶金局统计，绝大多数焦 化企业对焦化污水的处理效果不理想，生化出水的c o d 含量均很高，大部分企业不 达标，去除率一般在8 0 以下。其中最为突出的是n h 3 - n 去除率均低于3 0 。而现 有的能实现c o d 、n h 3 - n 达标排放的生物处理方法的初期工程投资大、占地面积大， 进水水质要求苛刻、吨水处理运行费用高，使得大多数企业难以接型” 1 1 2 焦化废水水质特性 各种焦化废水的组成及性质，对于不同焦化厂是有差别的，它主要与配合煤质量、 太原理一i ：人学硕十研究生学位论文 炼焦操作条件及生产车间的工艺流程、设备构造、操作管理有关，现就几种炼焦废水 水质成分情况列表如下： 表1 i焦炉氨水的组成 t a b l e 卜lc o m p o s i t i o no f t a ra m m o n i a 成分 浓度范围 总氦( m g l 以n 计) 游离氨( 含总量) 嗣定氨( 含总昔) 油及润滑脂( m g ，l ) 硫化物及亚硫酸盐( m g w l ，以s 0 4 表示) 硫化物( m g ，l ，以s 0 4 表示) 氯化物( m g ，l ，以c l 表示) 氰化物( r a m ，以c l 表示) 硫氰酸盐( m 叽，以c n s 表示) 酚( m g l ) c o d ( m g l ) 3 0 0 0 - 0 0 0 0 2 0 - , 6 0 4 0 - 8 0 5 0 0 2 0 0 0 5 0 0 2 0 0 0 2 0 0 8 0 0 2 0 0 0 - - 6 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 - 1 2 0 0 5 0 0 3 0 0 0 8 0 0 0 一1 6 0 0 0 2 太原理亡大学硕十研究生学位论文 表1 2 焦炉最终冷却器除氨废水组成 t a h i el 一2c o m p o s i t i o no f t a rc o o l i n gw a s t e w a t e r 成分 浓度范同 氨( m l 以n 计) 酚( m g l ) b o d s ( m g _ ，l ) t o c ( m 叽) 油( m g l ) 硫化物( r o v e ，以h z s 表示) 固体总量( m g l ) 悬浮固体( m g l ) 氰化物( m g g , ，以c n 表示) 硫氰酸盐( m g l ，以c n s 表示) c o d ( m g l ) p h 2 0 0 4 0 0 5 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 8 0 0 - 1 4 0 0 1 0 - - 4 0 1 0 - - 4 0 2 0 0 一刁0 0 2 0 击o 1 0 0 3 0 0 2 0 0 - 1 0 0 0 3 0 0 0 - - 4 0 0 0 7 - 9 表1 3 焦炉苯工艺废水组成 旦! 堡! ：! 旦：堕堡! 型! ! ! 尘! ! 堡! ! ! ! 里! ! 翌! ! ! 巴! 竺! 成分浓度范围 氮( m g 几以n 计) 酚( m 玑) b o d s ( r a g l ) t o c ( m g l ) 油(