焦化废水的水质特征及治理.pdf
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1、炼 油 与 化 工REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY第34卷焦化废水的水质特征及治理张鑫,张蒙蒙(中国市政工程中南设计研究总院有限公司,湖北 武汉 430010)摘要:伴随工业化进程的加速,焦化产业成为了中国重要的能源行业。然而,焦化过程中产生成分复杂的废水对人类健康和环境造成了严重威胁。焦化废水是焦煤在高热干馏、煤气洗涤、产物回收与制作过程中所形成的污染物浓度高、降解难度大的有毒废水。如何高效地处理焦化废水成为了当前水污染治理研究的热点之一。文中介绍了焦化废水的来源和危害,探讨了焦化废水的水质特征,明确了废水治理的重要性,重点论述了物理、化学、生物3种典型焦化废水的
2、治理方法,并提出了发展方向,以供参考。关键词:焦化废水;水质特征;危害;治理中图分类号:X784文献标识码:B文章编号:1671-4962(2023)05-0008-05Water quality characteristics and treatment of coking wastewaterZhang Xin,Zhang Mengmeng(Central&Southern China Municipal Engineering Design and Research Institute Co.,LTD.,Wuhan 430010,China)Abstract:With the accel
3、eration of industrialization process,coking industry has become an important energy industry in China.However,the wastewater with complicated composition produced in the coking process posed a serious threat to human health andthe environment.Coking wastewater was a toxic wastewater of high pollutan
4、t concentration and difficult degradation,which wasformed in the process of high heat distillation,gas scrubbing,product recovery and preparation.How to treat coking wastewaterefficiently had become one of the hot spots in water pollution control research.This paper introduced the source and hazard
5、ofcoking wastewater,discussed the water quality characteristics of coking wastewater,defined the importance of wastewater treatment,focused on the physical,chemical and biological treatment methods of three typical coking wastewater,and put forward thedevelopment direction for reference.Keywords:cok
6、ing wastewater;water quality characteristics;hazard;treatment随着工业化转型,焦化产业在中国的经济建设中起到更重要作用。然而,焦化企业在生产过程中会排放大量废水,导致环境受到严重破坏,污染问题逐渐突出。2021年12月,国务院印发关于“十四五”节能减排综合工作方案 中明确:“推进钢铁、水泥、焦化行业及燃煤锅炉超低排放改造”,开展重点行业绿色升级工程1。焦化废水属于1种污染来源广、复合种类多、处理难度高的废水2,加强对焦化废水的研究和治理,达成焦化企业的清洁化生产具有重要意义。1 焦化废水概述1.1 焦化废水的来源焦化是1种能源化工生产
7、过程,以煤为原料,通过加热、分解等化学反应得到高碳含量的焦炭、液体燃料和各种有机化学品3。所产生的废水含有大量的有机污染物和无机盐等杂质,其排放对环境造成了严重的污染,不仅影响了地下水资源,还使得周边地区居民健康受到了威胁。其主要来源包括4个方面。(1)冷却池废水。在焦炉冷却过程中,需要使用大量的水对焦炉进行冷却,达到降低焦炉温度的目的,此部分水被称为冷却水。由于冷却水会接触到高温的焦炉壳体和煤气的冲刷,因此会带有一定的污染物,如苯、酚、甲苯等有机物及重金属离子等,从而生成焦化废水4;(2)熄焦废水。许多焦化企业直接让废水进入熄焦池熄焦,以达到废水清洁排放的目的。熄焦过程中存在有害物质的废水与
8、高灼热焦炭接触,小部分蒸发成含污水蒸气排入大气造成2次污染,大部分回流至熄焦池内进行循环熄焦,回流的82023年 第5期张 鑫,等.焦化废水的水质特征及治理废水所含有害物质由于循环高温蒸发浓缩,形成含污高的熄焦废水5;(3)洗煤废水。洗煤废水是指在洗选过程中所产生的含有煤粉、灰渣、油脂、有机物及重金属离子等污染物的废水。在焦炉中,煤气经过脱硫、除尘等焦化过程后,仍然含有大量的挥发性有机化合物和其它污染物。此时需要对原料煤进行洗选,通过接触反应,将其中的污染物吸附在水中以获得更纯净的焦炭和干馏气,但同时产生含有高浓度悬浮固体(煤屑、焦炭颗粒物)的洗煤废水6;(4)其它废水。除以上几种废水外,焦化
9、生产还会产生其它类型的废水,如化验室排水、车间清洗废水、沥青浸出水、生活污水等。此类废水带有不同程度的有机物质、重金属离子等污染物7,对环境造成严重的影响。1.2 焦化废水的排放标准及危害环境保护部颁发的 炼焦化学工业污染物排放标准(GB16171-2012)中严格规定了水质指标限值8,焦化企业污染物排放指标见表1。表1焦化企业污染物排放指标/(mg L-1)排放标准标准1标准2标准3排放方式直排间排直排间排直排间排CODcr100150801204080NH4+-N15251025510BOD5253020301020现有企业排放限值执行标准1,新建焦化企业排放限值应满足标准2,在水生态容量
10、较小、环境承载能力较弱、土地使用开发密度较高等地区,应严格设定污水排放指标以防发生严重水环境污染,此区域特别排放限值应符合标准39。对焦化废水进行达标处理已是大势所趋,其源于焦化废水给人们生产生活所带来的严重影响。焦化废水的主要污染物质包括苯、酚类、氨类、重金属等,其中苯和酚类物质对人体和环境危害最大。此类污染物质经过排放后会直接影响水生态系统。焦化废水也会通过土壤、大气等途径进入环境,威胁更大10,主要表现在4个方面。(1)水体污染。焦化废水中的有机物质和重金属离子容易被水体吸收,从而引起水污染。污染物质会造成水体富营养化、微生物和水生动物数量减少等问题,破坏水中生态系统的平衡。含有大量的悬
11、浮物会导致水质变差,颜色变深,破坏了水体透明度。其中的氰化物带有巨毒性,将其排放到江河湖海中会在短时间内导致水生生物中毒死亡,影响水生物的健康和生存11;(2)土壤污染。焦化废水未得到处理排放后,其中的污染物质会渗入到土壤中,影响土壤质量12。高浓度的污染物会击毁土壤的结构和肥沃力,导致土壤不再适合植物和农作物的生长。此外,焦化废水还可能导致土壤中的重金属含量增加,重金属离子对人体健康造成损害;(3)大气污染。焦化废水排放产生的气体中含有苯、甲苯等挥发性有机物和SO2等有害气体,造成大气污染13,严重时可持续产生雾霾等天气现象。其中的卤代酚具有引癌、引畸、引突变的“三引”危害,苯并()蒽和苯并
12、()芘也可接触人体皮肤引发中毒11;(4)生态污染。焦化废水排放后,其中的有机物质和重金属离子会对周围的自然环境造成严重影响,破坏生物链平衡,对野生动植物造成危害。此外,焦化废水还可能导致土地荒漠化,破坏生态系统的平衡性14。2 焦化废水的水质特征焦化废水含有大量的有机物质、悬浮物、重金属离子等污染物,经过预处理后焦化废水仍含有较高的COD和氟化物15,常见指标含量见表2。通常情况下焦化废水还具有低硬度、低碱度、低硅含量等特征。表2预处理后焦化废水指标含量/(mg L-1)项目含量COD200氟化物30氰化物0.2酚0.32.1 焦化废水中COD的水质特征COD是表征水体有机物氧化能力的指标,
13、也是评价焦化废水排污浓度的重要参数之一16。通常情况下,焦化废水中COD含量较高,超过了国家工业废水排放标准 中规定的II类标准,可达到类或类标准8。COD含量的高低与煤种、炼焦工艺、煤洗工艺等因素有关。其中,以贫瘦煤为原料的焦化生产中,由于煤质差、挥发分高,导致产生的焦化废水COD含量较高。而使用优质煤作为原料进行焦化生产,可降低COD的含量。9炼 油 与 化 工REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY第34卷2.2 焦化废水中BOD的水质特征BOD是表征水体中有机物生物降解能力的指标。与COD不同,BOD反映的是水体中可生物降解有机物的含量,焦化废水中的BOD与COD含
14、量呈正相关关系,但在水质评价中,BOD更能体现出水体受有机物污染的水平17。洗煤废水是导致焦化废水BOD含量增加的主要因素之一,在焦化生产中,洗煤废水中含有大量的悬浮物和有机物,这些物质会进入到焦化废水中,导致BOD含量升高。2.3 焦化废水中SS的水质特征SS是指在水中悬浮的细小颗粒状物质,包括泥沙、煤渣、灰渣等。焦化废水中的SS含量通常较高,这是由于焦化过程中使用的煤质较差、炉渣产量大等造成的。SS的主要成分是煤渣和灰渣等固体物质,同时这些物质还包含有机物、氮、磷和重金属等污染物18。高含量悬浮物会导致水体变浑浊,降低水体透明度,影响光合作用和水生生物的生存。此外,SS还会对水下设施和水泵
15、等设备造成堵塞和磨损,增加了水处理工艺的难度和成本。2.4 焦化废水中NH4+-N、TN和TP的水质特征NH4+-N、总氮(TN)和总磷(TP)是代表水体营养状态的指标,通常用于评价水体污染的程度。焦化废水中的NH4+-N含量较高,这是由于在焦化生产中,氨离子在NH3的存在下形成了氨盐,导致NH4+-N含量增加。NH4+-N的排放会使得水体中的溶解氧减少,影响水生生物的生存繁殖。焦化废水中TN和TP的含量也很高,主要是由于焦化生产中使用的煤质、进料水中的营养物质等原因所致。TN和TP的排放会引发水体富营养化,导致藻类暴发,影响水生态系统的稳定19。2.5 焦化废水中重金属离子的水质特征重金属是
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