河北联合大学本科QQQ生毕业设计333开题报告 2

1、河北联合大学本科生毕业设计开题报告唐山某钢铁公司焦炭生产废水处理站设计 学 院： 化 工 学 院 专 业： 环 境 工 程 班 级： 环境1班 姓 名： 代 四 海 学 号： 200905030130 指导教师： 魏 瑞 霞 2013年 3 月 21 日一：焦炭的生产工艺及废水来源1.1焦炭生产及作用烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。焦炭有三大作用：发热剂、还原

2、剂、骨架作用。熄焦的方法1：有湿法熄焦和干法熄焦两种方式。前者是用熄焦车将出炉的红焦载往熄焦塔用水喷淋。后者是用180左右的惰性气体逆流穿过红焦层进行热交换，焦炭被冷却到约200，惰性气体则升温到800左右，并送入余热锅炉，生产蒸汽。而现在大多是采用干法熄焦。因为干法熄焦比湿法熄焦节约能源、环保、更能炼制出优质的焦炭、周期也比较短。所以在这里也是采用干法熄焦。煤焦炭煤气管道水封水终冷污水 剩余氨水焦油加工焦油精加工分离净煤气 古马隆污水粗笨分离水 古马隆生产粗苯加工除尘废水除尘废水焦油氨水分离蒸苯煤气脱硫煤气脱苯煤气终冷煤气脱氮焦炭加工备煤煤气初冷焦炭1.2焦炭生产的工艺流程及废水来源图1 焦

3、炭生产的工艺流程及废水来源（1）剩余氨水或蒸氨废水2，由装炉表面的湿存水、镁干馏生产的化合水以及焦炉上升管、集气管喷射的蒸气和冷凝工段清扫管道的蒸气组成。该废水是焦化厂最重要的酚氰水来源，其水量占焦化废水总量的一半以上。（2）煤气冷却污水。在进行煤气的最终冷却时，煤气中一定数量的酚、萘、氰化物、硫化物及吡啶盐基等进入冷却水中。为保证煤气的最终冷温度和减轻脱苯蒸馏设备的腐蚀，终冷循环水须部分更换，而排出一定量的酚氰废水。（3）油加工和粗苯精制过程中产生的废水。在焦化产品粗、精制加工过程中的水蒸冷凝水和焦化产品沉降分离产物，以及各储槽定期或由事故排出的废水。该废水主要含芳烃类、酸、碱、盐等。 1.

4、3焦化废水的特点焦化废水的排放量随炼焦生产工艺的不同而差异，同时炼焦煤成分的变化也可导致焦化废水的化学组成及各种污染物的含量有很大不同。尽管各焦化厂排放的废水所含污染物相差甚远，但焦化废水3却具有以下共同特点： (1) 成分复杂。焦化废水组成复杂，除含有大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机物外，还含有氰、无机氟离子个氨氮等有毒污染物，焦化厂废水的一半组成及特性见表1。 表1 焦化工厂废水的一般组成及其成分含量 成分 含量/（mg/L） 成分 含量/（mg/L） COD 25004500 酚 150200 BOD5 12002000 油分 2001000 氨氮 4001000 氰化物 102

5、0 pH 6.58.5 色度（倍） 10002500(2)废水组成、水质、水量波动大。由于焦炉装煤配比、炭化温度、炭化时间，以及蒸氨是的温度、压力和投加碱量等影响，焦化废水组分、水质、水量波动大。(3)污染物浓度高，难降解。焦化废水是典型的含有难降解有机污染物的工业废水，污染物不但浓度高、毒性大，而且性质稳定，废水中氨氮浓度可超过500mg/L，COD浓度可超过4000mg/L，酚的含量可超过200mg/L，给达标处理废水带来很大困难。(4)废水毒性大。焦化废水中的氨氮形成的亚硝酸盐是强致癌物质；酚氰对人体产生极大的毒害作用；尤其是焦化废水中含有较多致癌物质，是强致癌物质。采用目前处理方法（生

6、化、混凝处理）不能满足污水综合排放标准（GB-8978-1996）致癌物质的最高允许排放浓度要求（0.03g/L），给水体造成严重污染，尤其对饮用水源构成严重威胁（饮用水标准中致癌物质0.01g/L）。 (5)色度高。焦化废水的成分比较复杂，因此色度较高，为10002500倍。1.3焦化废水的危害 (1) 由于焦化废水中含有多种有毒有害污染物4（如酚类、多环和杂环化合物、氨氮、氰化物），如果直接排入水体，将会造成水体缺氧，危害水生生物。(2)酚类化合物是有高度毒性的细胞原浆毒物质。进入人体后，可直接损害中枢神经，也可直接损害肝脏细胞，损害心肌与心脏毛细血管表皮细胞，产生肝细胞肿胀、心肌变性和坏

7、死。(3)杂环和芳烃化合物，有不少是致癌和致突变物质，排入水体后可在各种水生生物体内积累，并通过食物链最终进入人体而产生毒害作用。再者，大量有机物进入水体将消耗水中溶解氧，还可形成油膜，阻碍水体富氧作用，造成水体缺氧，危害水生生物。(4)焦化废水中的氨氮是水体的营养素，可导致水体富营养化现象产生，是水体中主要耗氧污染物。当水体中的游离氨氮浓度大于0.02mg/L时，对鱼类即产生毒害。氨氮本身还是一种不稳定的物质，在微生物的作用下发生硝化反应生产NO2-和NO3-，不但消耗水中的溶解氧（DO），而且生产的NO2-是一种致癌物，NO3-会阻碍血液的吸氧能力，使人畜患变性血红蛋白癌，严重者可导致死亡

8、。(5)氰化物是一种剧毒物质，对人体的毒性主要是与高铁细胞色素氧化酶结合，生产氰化高铁细胞色素氧化酶，因而失去传递氧的作用，引起组织缺氧窒息。未经处理的焦化废水直接灌溉农田，会使农作物减产，甚至枯死；废水中的石油类物质堵塞土壤空隙，使土壤含盐量升高，造成土壤盐碱化。因此，焦化废水在排入水体之前，应对其中的有毒有害污染物进行去除。二：焦化废水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。废水中污染物组成复杂，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。目前，焦化废水一般要经过预处理、二级处理和深度处理后才可能达标排放。焦化废水的预处理技术有4：厌氧酸化法

9、、气浮法、混凝沉淀法等；二级处理方法很多，有生物化学法、物理法、化学法、以及物理-化学法等；焦化废水深度处理技术有化学氧化法、折点氯化法、絮凝沉淀辅以加氯法等。三级深度处理指在生化处理后的水仍不能达到排放标准时或者要求污水回用时所采用的再次深度净化，其主要工艺有氧化塘法，化学混凝沉淀、过滤法，活性炭吸附法等。下面从以下两方面进行比较选取。2.1化学处理 (1)焚烧法焚烧法处理焦化废水是采用高温焚烧方式使焦化废水变成CO2和水蒸气，及少许无机物灰分。该法有助于对焦化废水有多数难降解的物质进行彻底消除，COD去除率高达99.5%。缺点是焚烧过程需要喷洒燃油，设备投资及运行成本高，随着油价上涨，国家

10、不提倡采用焚烧法治理焦化废水。(2)催化铁内电解方法该方法主要对焦化废水中存在的难降解物质、生化反应抑制物质以及染料和化工废水中存在的显色物质，利用单质铁催化还原，从而使其转化为无色、可生化降解的物质，在此过程中产生的新生态铁离子混凝去除部分污染物3。该方法还可以去除水中的重金属、磷酸根，有效地解决了废水处理中的许多难题。该方法反应速率快，作用有机污染物质范围广，适用 pH范围宽，运行成本极低，运行管理方便，COD的去除率较高。四川某焦化公司应用的是此技术，在满足它条件下，对COD、酚、氨氮、色度、硫化物的去除率分别是66%、75%、80%、34%、68%、73%。（3） 催化湿式氧化技术 催

11、化湿式氧化5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N2和CO2排放。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。南京工业大学的付迎春6实验室对焦化的研究,采用此方法对氨氮、COD去除率分别达到 98.3%和 97.5%。说明制备的催化剂具有广泛的催化氧化效果。(4)臭氧氧化法 臭氧的强氧化性7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，

12、不会造成二次污染，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，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。辽宁科技大学桂玉明8对鞍钢化工总厂的焦化废水进行了处理研究就是采用臭氧氧化法臭氧对焦化废水中COD、挥发酚及色度的去除是有效的,其去除率分别可达87%、90%及86%。（5） 光催化氧化法 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

13、的吸收，因此，要求体系具有良好的透光性。所以，该方法适用于低。武汉科技大学的徐铮9就是采用光催化氧化法对焦化废水中氨氮进行研究，取得了相应的突破，其中对氨氮的处理达到了98%。2.2生化法(1)AO活性污泥法 AO活性污泥法10是在普通活性污泥法基础上的改进。其工艺原理是充分利用微生物的反硝化和硝化作用进行脱氮。该工艺利用水中有机物和回流污泥作为碳源，污泥在缺氧和好氧之间往复循环，污泥中既有硝化菌，也有反硝化菌。硝化菌在好氧条件下发挥作用，在缺氧条件下受到抑制，反硝化菌则正好相反。因此，无论是硝化菌还是反硝化菌，都有一时间处于受抑制状态，对于氮浓度很高的焦化废水，这一矛盾更加突出。，内蒙古某钢

14、铁公司焦化厂采用高效微生物生化处理为主、辅以混凝气浮等物化处理的污水治理工艺。其处理效果达到了国家排放标准。(2)AO生物膜法AO生物膜系11统在缺氧段加入半软性填料，好氧段污泥采取内循环使硝化和反硝化菌都处于各自的最佳活性状态，而且采用填料挂膜，可以防止污泥流失。生物膜系统的抗冲击负荷能力强，处理效果优于AO活性污泥系统，而且运行管理简单。由于少了厌氧阶段，所以对磷的处理效果不太好。保定某钢铁公司焦化厂采采用高效微生物A0工艺取得好的处理效果，达到国家排放标准。(3)A2O法12目前，普遍认为该法是处理焦化废水较好的一种工艺，也适合现有焦化处理设施的改造。与AO工艺相比，此工艺是在缺氧段之前

15、加一厌氧反应器，将焦化废水中难生物降解的大分子有机物质降解为易氧化分解的小分子的物质，将环状物质的苯环打开，提高了废水的可生化性。处理效果优于AO法，尤其对COD的去除。但是这种方法工艺流程较复杂，建设成本及运行成本均高于AO。临汾某公司焦化废水的处理就是采用这种方法。这种方法对COD、BOD、氨氮的去除率87、90、96.5。(4)序批式(SBR)活性污泥法SBR法是间歇运行的生物反应器，它将曝气池和沉降池合二为一，生化反应分批进行。它在空间上完全混合、时间上完全推流式，反应速度高，出水水质好，运行灵活，可生成多种工艺路线。相对于AO系统，能省去混合液回流和污泥回流，大大降低了运行费用。另外

16、，SBR法耐冲击负荷能力高，处理能力强，沉降性能好，可抑制污泥膨胀。但其处理高浓度氨氮、高浓度难降解有机物的焦化废水，其结果还不令人满意。山西某焦化公司就是采用了SBR法，对COD的去除率达到75，硫氰酸盐去除率达到63%和酚类物质的去除率达到83。(5)投加生长素强化化学法该方法是在现有焦化厂生化处理曝气池容积偏小，酚、氰化物和COD降解效率较差的情况下，在曝气池中投加生长素来提高活性污泥的活性和污泥浓度(MLss)，强化现有装置的处理能力。投加生长素有助于细菌的生长，健全细菌的酶系统，提高酶的活性，从而提高有机物的去除效果。该法对酚、氰、COD的去除率高，对氨氮的降解作用不大。太原理工大学

17、校科技发展基金项目关于投加生长素对焦化废水的处理进行了研究，他们是在A2/O2 方法上投加生长素。这种方法对COD、酚、氰的去除率94、93、96。(6)生物铁法生物铁法是在曝气池中投加铁盐，以提高曝气池活性污泥浓度，充分发挥生物氧化和生物絮凝作用的强化生物处理方法。由于铁离子不仅是微生物生长必需的微量元素，而且铁盐在水中生成的氢氧化物与活性污泥形成絮凝物，可促使吸附和絮凝作用更有效地进行，从而有利于有机物富集在菌胶团的周围，加速生物降解。该法大大地提高了污泥浓度降解酚、氰化物的能力也大大加强。对COD的降解效果也较传统方法好些，只是增加一些处理药剂费。这种方法对酚、氰化物有较好的去除效果，但

18、是对氨氮的去除效果不甚理想。三明钢铁厂对焦化污水现状的处理采用对策就是采用了生物铁法。对COD的去除率达到80，氰化物去除率达到93%和酚类物质的去除率达到91.5。（7)粉末活性炭一生物法14该法是直接向曝气池中加粉末活性炭，粉末活性炭具有较强的吸附能力，而曝气池中微生物具有较强的氧化有机物的能力，两者结合起来可以发挥物理吸附和生物氧化的综合处理能力，强化生化处理过程。该法可以改善处理系统的稳定性，增加曝气池耐冲击能力，提高难生物降解有机物的去除率，并可改善污泥的沉降性能，增加曝气池内污泥的浓度，提高处理效果。它的主要缺点是粉末活性炭价格较贵，且再生复杂，废水处理费用高。安庆某公司对焦化的废

19、水的处理就是采用此方法，这种方法对COD的去除比较好。效果达到了97.6%。(8)CHESTER法16 该工艺为美国CHESTER公司设计，它设计比较完善，弥补了上述各工艺的不足，是一种比较理想的生物脱氮工艺，但其最大缺点是基建投资高，运行费用高，占地面积大，操作复杂，不适合我国现有国情，目前国内难以接受。流程见图如下。甲醇预嚗气 池二沉池嚗气池预嚗气 池 进水回流污泥出水预嚗气 池二沉池回流污泥图2 CHESTER法流程图三：本设计的任务和背景资料3.1设计任务（1）通过查阅中外文资料以及相关的社会调研，了解焦炭生产工艺流程和废水来源，掌握焦炭生产废水的特点，确定给定水质和其他条件下焦炭生产

20、废水的处理方案。（2）按照国家相关标准和设计要求设计焦炭生产废水处理的工艺及设施。包括废水处理基本工艺路线的确定、废水处理工艺流程论证、处理工艺设计计算和主要处理构筑物和设备的计算选型。（3）焦炭生产废水处理站总体布置图、管线和管渠布置、废水处理高程图以及主要构筑物的的剖面图的绘制。3.2背景资料3.2.1气象条件 唐山属暖温带半湿润季风气候，气候温和，全年日照26002900小时，年平均气温12.5，极端气温最高32.9，最低-14.8。最大冻土层为800m，无霜期180190天，常年降水500700毫米，降霜日数年平均10天左右。地貌多样，土质肥沃，是多种农副产品的富集产区，被称为“京东宝

21、地 ” 。 3.2.2污水排放现状及水质废水排放量平均60m3/h（废水来自预处理氨氮、氢化物和挥发酚的相关装置），各种组分的含量如下表2所示： 表 2 各种组分的含量 成分 含量/（mg/L） 成分 含量/（mg/L） COD 35004000 氨氮 150180 BOD5 11001200 焦油 200250 pH 99.5 挥发酚 100150 SS 150 氰化物 10 3.3.3出水要求 经处理后废水排放达到国家污水综合排放标准（GB8978-1996)一级标准。即 表3 污水综合排放标准（GB8978-1996)一级标准 成分 含量/（mg/L） 成分 含量/（mg/L） COD

22、60 氨氮 15 BOD5 30 焦油 10 pH 69 挥发酚 20 SS 100 氰化物 0.5四：设计方案4.1常见方法的比较如下表所示： 表4 常见方法的比较 A2O法 AO生物膜法 SBR 废水通过厌氧区、缺氧 废水通过缺氧、，好氧 废水经过进水、反应原理 区、好氧区达到脱氮， 时达到脱氮，除磷降 沉淀、滗水、闲置 除磷降解有机物的效果 解有机物的效果 达到脱氮，除磷，降 解机物的效果 反硝化为硝化提供 防止污泥流失。抗冲 反应速度高，出水优点 硝化提供碱度；反硝 击负荷能力强；运行 水质好，运行灵活， 化过程同时去除有机 管理简单 耐冲击负荷能力 物；污泥沉降性能好 高，处理能力强

23、， 工艺流程较复杂； 硝化段有机物不能太高； 不能处理高浓度氨 缺点 建设成本高； 产生污泥量大 ； 氮的废水；池体较大； 受回流泥龄影响 运行负荷高， 设计复杂4.2设计方案的确定通过以上的比较，在这些方法中A2O法时相对比较好的。所以准备选取A2O法为本次设计方案。其中A2O工艺的主要特点还有：（1）本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺；（2）在厌氧(缺氧)、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增值，不会发生污泥膨胀，SVI值一般均小于100，有利于生物处理后泥水分离；（3）运行中不需投药，两个A段只需轻缓搅拌，以不增加溶解氧浓度，运行费用较低。（

24、4）由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，因此脱氮除磷效果较好。（5）增加了生物选择段，实现了生物活性的选择性要求。生产工艺流程图17如下。先PES，后PAM过滤器混凝沉淀池混合反应池 出水填埋 带式压滤机污泥浓缩池废弃硫酸 剩余污泥调节池隔油池气浮池 废水混合液回流油水分离池加压溶气气浮装置焦油的精加工间歇式污泥回流污泥回流水解酸化池二 沉池好氧池 缺氧池混合液回流 图3 A2O工艺的流程图4.3工艺流程的说明(1)调节池调节池主要进行废水处理站的内部调节，当生物处理过程不稳定或系统发生故障时焦化废水进入调节池贮存。当系统运转正常后再进行处理。也就是调节水量、均

25、化水质、调节pH的作用。在调节pH时，向其中加废硫酸，将其pH调至6.5左右。（2）隔油池蒸氨废水进入重力除油池，在重力作用下油水分层，重油沉在底部，轻油浮至除油池表面，重油和轻油由泵收集到油水分离池，废水流入气浮除油池，而少数污泥则进入污泥浓缩池。油的去除效率在 40%50%左右，BOD、COD、SS、的去除率不高一般为10左右。（3）气浮池进入气浮除油池中的废水经加压溶气气浮装置向气浮池内曝气，废水中的乳化油、胶体微粒、悬浮物与微气泡吸附并浮至气浮池表面，由气浮池刮油机收集到油水分离池中进行油水分离，气浮池除了去除悬浮物的过程中它也是可以去除COD和BOD的，不过一般来说COD和BOD的去

26、除率不高，一般能有3040%。(4)油水分离池隔油池和气浮池出来的油水在油水分离池理进过相应的机器或投加相应的药品使其油、水分离；分离出来的油经焦油的精加工炼制出油，而分离出来的水将其进行回流。(5)水解酸化池废水与池中组合填料上的生物膜充分接触进行生化反应，起到释放磷、氨化和降解污水中的部分有机物；同时将大分子的有机物分解为小分子的有机物；提高污水的可生化性作用。它的COD、氨氮去除率是9% 、8%。(6)缺氧池在池中组合填料上生物膜的作用下进行反硝化脱氮反应，使回流中的亚硝酸氮和硝酸氮还原为为氮气排出，同时进行无氧呼吸，降解、去除COD、BOD，它的去除率分别16% 、10%等污染物质。缺

27、氧池主要去除氨氮，去除率约为80%。(7)好氧池废水中的氨氮在活性污泥的硝化作用下被氧化成硝态氮，完成生物脱氮的硝化过程并吸收磷和去除有机物。它的COD、BOD、氨氮去除率是68% 、67%、55%。(8)二沉池废水在二沉池中进行泥水分离，分离出来的活性污泥经回流污泥泵提升后，大部分作为回流污泥送回缺氧池循环使用，有一部分间歇式的送回水解酸化池维持微生物平衡，剩余的则送污泥浓缩池进行浓缩处理。它的污泥回流比是100%，混合液回流比是400%，对BOD、COD的去除率基本在5%10%左右。(9)混合反应池二沉池部分出水用于熄焦后，其余部分进入混合反应池。混合反应池的前端加入助凝剂PFS(聚合硫酸

28、铁)溶液，在混合搅拌机的搅拌下，进水与PES溶液混合均匀，在投加PAM，废水在PAM（聚丙烯酰胺）作用下形成絮凝体，以便从废水中分离出来。（10）混凝沉淀池在混凝沉淀池中通过重力沉淀泥水分离。分离后的出水通过过滤器外排，沉淀池底的污泥经管道送污泥浓缩池处理。它SS去除率为50%左右，而COD经过处理达到了国家一级排放标准。（11）过滤器通过沙滤进一步对悬浮物等杂质的吸附过滤处理，加活性炭处理排水中的色度。使出水达到一级排放标准。（12）污泥浓缩池污泥浓缩池将来自隔油池，二沉池，混凝沉淀池的污泥进行浓缩处理，最后送到带式压滤机进行压滤。五：设计计划进程0102周 查阅了焦炭生产的工艺流程及废水来

29、源，以及处理方法和处理方法的工艺 流程图，开题报告的准备。0304周 撰写开题报告，导师批阅，进行修改，最后上传。0506周 处理工程设计计算阶段。根据流程图计算调节池、隔油池、气浮池的构建 物尺寸及其处理效率。0709周 依然工程设计计算阶段。根据流程图计算水解酸化池、缺氧池、好氧池、 二沉池、混合反应池、混凝沉淀池 污泥浓缩池的部分构建物尺寸及其处 理效率。0913周 绘图阶段：焦化废水处理厂工艺流程图;焦化废水处理厂水力高程图; 焦 化废水处理厂平面布置图;主要构筑物的剖面图 1415周 根据设计计算结果进行设计说明书的编写，包括设计题目、摘要、目录、 正文、结论以及心得体会，并装订成册16周 准备毕业设计答辩阶段六:参考文献1范潇梦，王绍文，王鹤立等.高分散、高传质好氧生化反应器的处理效果J.中国给水排水，2002，18(2):46. 2单明军、吕艳丽、丛蕾.焦化废水处理技术.第1版.北京：化学工业出版社，2009：3-15；3田颖，王丽华，常瑞卿，丁