申請日2015.11.24
公開(公告)日2016.04.13
IPC分類號C02F9/14; C02F103/34; C02F1/469; C02F3/10; C02F1/52; C02F1/56
摘要
本發(fā)明公開了一種焦化廢水處理系統(tǒng)及焦化廢水處理方法，該系統(tǒng)包括依次設置的氣能絮凝裝置、至少一個多元催化氧化裝置和至少一個生化裝置。該處理方法包括如下步驟：氣能絮凝前處理，以及一次或多次進行的如下步驟：多元催化氧化處理;生化處理。本發(fā)明的優(yōu)點在于：焦化廢水中有機物成分復雜、且含有較高濃度難生物降解有機物，單純通過生化工藝不能使之降解，從而造成出水COD超標;焦化廢水中含有較大量生物毒性物質(zhì)，該類物質(zhì)不僅不可生物降解，反而會對微生物造成抑制，影響微生物正常處理效果;除有機污染物外，焦化廢水中還含有高濃度氨氮和總氮，對生物處理工藝正常運行也會產(chǎn)生影響。
權利要求書
1.一種焦化廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括依次設置的氣能絮凝裝置、至少一個多元催化氧化裝置和至少一個生化裝置。
2.如權利要求1所述的焦化廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述氣能絮凝裝置包括進水泵、三相渦流混合器一、空壓機、三相渦流混合器二、三相渦流混合器三和三相渦流混合器四、絮體分離槽和刮渣機，第三相渦流混合器一與進水泵相連通，所述三相渦流混合器二與三相渦流混合器一相連通，所述三相渦流混合器三和三相渦流混合器二相連通，所述三相渦流混合器四和三相渦流混合器三相連通，所述絮體分離槽內(nèi)設有豎直方向的隔板和水平方向的穿孔集水板，所述隔板將絮體分離槽內(nèi)分成絮體成長區(qū)和絮體分離區(qū)，所述穿孔集水板設置于絮體分離區(qū)下部的清水區(qū)，所述第四三相渦流混合器與絮體成長區(qū)相連通，所述刮渣機設置于絮體分離槽的口部。
3.如權利要求2所述的焦化廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述三相渦流混合器二還與一空壓機相連通。
4.如權利要求2所述的焦化廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述氣能絮凝裝置還包括渣槽和浮渣輸送泵。
5.如權利要求1所述的焦化廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述多元催化氧化裝置包括多元催化氧化反應槽，所述多元催化氧化反應槽內(nèi)由下到上依次設有空氣擴散裝置和催化劑承托濾板，所述催化劑承托濾板上垂直設有兩塊陰極板和一塊陽極板，所述陽極板設置于兩塊所述陰極板之間，多元催化氧化反應槽的口部設有布水槽，所述布水槽的一端與進水泵相連通，布水槽的另一端同時與一個回流閥和一個出水閥相連通，所述回流閥和出水閥由一個循環(huán)泵控制。
6.如權利要求1所述的焦化廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述生化裝置包括：缺氧池、好氧池、鼓風機、硝化液回流泵、微孔曝氣管、沉淀池和刮泥機，所述好氧池設置于缺氧池和沉淀池之間，并與缺氧池相連通，所述好氧池內(nèi)裝有生物填料，所述微孔曝氣管設置于好氧池的底部，所述鼓風機與微孔曝氣管相連通，所述硝化回流泵連通于好氧池和缺氧池之間，所述沉淀池內(nèi)設有刮泥機。
7.一種基于權利要求1所述的焦化廢水處理系統(tǒng)的焦化廢水處理方法，其特征在于，包括氣能絮凝前處理，以及一次或多次進行的如下步驟：
多元催化氧化處理;
生化處理。
8.如權利要求7所述的焦化廢水處理方法，其特征在于，所述氣能絮凝前處理具體包括如下操作：
在三相渦流混合器一、三相渦流混合器三和三相渦流混合器四中分別加入聚合氯化鋁混凝劑、陽離子型高分子絮凝劑、陰離子型高分子絮凝劑，在三相渦流混合器二中通入壓縮空氣;
將焦化廢水輸入三相渦流混合器一中，使焦化廢水依次經(jīng)過三相渦流混合器一、三相渦流混合器二、三相渦流混合器三和三相渦流混合器四的絮凝后，通入絮體分離槽的絮體成長區(qū);
在所述絮體成長區(qū)形成的浮渣在絮體分離槽中被槽頂設置的刮渣機刮出，在絮體分離槽底部由穿孔集水板收集干凈的清液排出，進入下一道處理工序。
9.如權利要求7所述的焦化廢水處理方法，其特征在于，所述多元催化氧化處理具體包括如下操作：
在多元催化氧化裝置的催化劑承托濾板上鋪裝催化劑;
將經(jīng)過氣能絮凝的焦化廢水輸入布水槽，控制所述焦化廢水的液位高于催化劑表面后停止進水;
通過空氣擴散裝置對反應槽內(nèi)的焦化廢水進行曝氣充氧，同時對陽極板和陰極板分別進行正極和負極的輸電，開始進行曝氣反應;
待所述曝氣反應進行至15～20min后，停止曝氣充氧，開啟循環(huán)泵，開始進行循環(huán)反應;
待所述循環(huán)反應進行至15～20min后，關閉循環(huán)泵、停止對陽極板和陰極板的供電，整個多元催化氧化反應結(jié)束，廢水由出水泵提升至下一級多元催化氧化反應或排入后續(xù)生化處理裝置。
10.如權利要求7所述的焦化廢水處理方法，其特征在于，所述生化處理具體包括如下操作：
將經(jīng)過多元催化氧化的廢水進行缺氧處理;
所述缺氧處理結(jié)束后，進行好氧處理;
所述好氧處理結(jié)束后，進行沉淀絮凝;
所述沉淀絮凝結(jié)束后，污泥經(jīng)污泥泵排出，上清液進行下一級處理。
說明書
焦化廢水處理系統(tǒng)及焦化廢水處理方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種焦化廢水處理系統(tǒng)及焦化廢水處理方法，屬于環(huán)境工程領域。
背景技術
焦化廢水是原煤高溫干餾、煤氣凈化和化學產(chǎn)品回收精制等過程產(chǎn)生的一種有毒有害、高濃度難降解有機廢水，主要含有酚類化合物、脂肪族化合物、雜環(huán)化合物、多環(huán)芳烴、氨氮、硫化物、氰化物、硫氰化物等污染物。此前，焦化廢水處理主要由除油、脫酚、蒸氨、生化等工藝組成，以去除廢水中大部分有機污染物和氨氮�，F(xiàn)今，隨著《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》(GB16171-2012代替GB16171-1996)的實施，對焦化廢水中CODcr、NH3-N、T-N、氰化物、多環(huán)芳烴、苯并(a)芘等污染物的去除提出了更嚴格的要求。
焦化廢水達標處理是業(yè)內(nèi)公認的難題，至今尚未有一套行之有效的標準工藝。將其處理過程分為“前處理、生物處理、深度處理”三個工藝段，描述國內(nèi)目前處理技術現(xiàn)狀和水平如下：
(1)前處理：焦化廢水在廢水站內(nèi)的前處理包括重力隔油、均質(zhì)均量、氣浮除油等設施。當廢水中含高濃度氰化物時需在前處理中采用鐵鹽沉淀法去除。氣浮通常采用三相渦流混合器凹氣浮或溶氣氣浮。
(2)生物處理：生物處理包括反硝化、硝化、COD降解、脫氰等功能，工藝形式包括A/O、A/A/O、O/A/O等。生物強化處理技術有投加特效菌種、投加生物酶、安裝特殊生物填料、或采用膜生物反應器技術(MBR)等。
(3)深度處理：最常見的是投加特效藥劑、高級化學氧化和膜分離技術。特效藥劑包括混凝、絮凝、氧化、吸附等一種或多種功能。高級化學氧化以Fenton和臭氧催化氧化最為常見。膜技術一般采用納濾或反滲透。此外，深度處理也有采用電絮凝、電解氧化等電化學技術。
上述三個處理階段各階段出水水質(zhì)大致如下：
表1焦化廢水各處理階段水質(zhì)情況
前處理生物處理深度處理CODcr(mg/L)2500～4000180～25080～150NH3-N(mg/L)150～2505～105～10T-N(mg/L)300～350150～200150～200
在生物處理工藝段，常見問題包括硝化功能不穩(wěn)定和產(chǎn)生大量生物泡沫：
(1)焦化廢水中含有酚、氰化物、硫氰化物及其他大量生物毒性物質(zhì)，該類物質(zhì)在特定濃度時會對硝化細菌產(chǎn)生抑制作用，導致生物處理出水NH3-N指標波動較大;且因硝化細菌生長速率較慢，一旦受到抑制，恢復至正常功能所需的時間較長。
(2)焦化廢水生化處理(特別是活性污泥法)時產(chǎn)生大量泡沫，必須采用消泡劑或工業(yè)水進行消泡。采用上述消泡措施時，前者費用昂貴;后者會造成生物處理出水量大幅升高(升高幅度最高可達100%)，盡管出水污染物濃度降低但總量去除率不高。
在深度處理工藝段，各技術存在的問題如下表所示：
表2焦化廢水深度處理技術存在問題
根據(jù)《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》(GB16171-2012)，焦化廢水處理至直接排放的主要污染物限值為：CODcr<80mg/L、NH3-N<10mg/L、T-N<20mg/L。根據(jù)目前焦化廢水處理實際情況來看，僅僅通過強化生物處理，或者單純依靠特效藥劑、化學氧化等深度處理手段，均很難滿足新標準的排放要求。此外，標準中要求的噸焦排水量減少，意味著目前經(jīng)常采取的加入大量工業(yè)水稀釋使焦化廢水處理達標的手段將不再可行，且今后會越來越多地考慮將焦化廢水進行回用甚至零排放。
對目前國內(nèi)焦化廢水處理普遍難以達標的原因分析如下：
(1)焦化廢水中有機物成分復雜、且含有較高濃度難生物降解有機物，單純通過生化工藝不能使之降解，從而造成出水COD超標;
(2)焦化廢水中含有較大量生物毒性物質(zhì)，該類物質(zhì)不僅不可生物降解，反而會對微生物造成抑制，影響微生物正常處理效果;
(3)除有機污染物外，焦化廢水中還含有高濃度氨氮和總氮，對生物處理工藝正常運行也會產(chǎn)生影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種焦化廢水處理系統(tǒng)及焦化廢水處理方法，以解決現(xiàn)有技術中所存在的上述問題。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：
一種焦化廢水處理系統(tǒng)，其包括依次設置的氣能絮凝裝置、至少一個多元催化氧化裝置和至少一個生化裝置。
作為優(yōu)選方案，所述氣能絮凝裝置包括進水泵、三相渦流混合器一、空壓機、三相渦流混合器二、三相渦流混合器三、絮體分離槽和刮渣機，所述三相渦流混合器一與進水泵相連通，所述三相渦流混合器二與三相渦流混合器一相連通，所述三相渦流混合器三和三相渦流混合器二相連通，所述相渦流混合器四和三相渦流混合器三相連通，所述絮體分離槽內(nèi)設有豎直方向的隔板和水平方向的穿孔集水板，所述隔板將絮體分離槽內(nèi)分成絮體成長區(qū)和絮體分離區(qū)，所述穿孔集水板設置于絮體分離區(qū)下部的清水區(qū)，所述三相渦流混合器四與絮體成長區(qū)相連通，所述刮渣機設置于絮體分離槽的口部。
該氣能絮凝裝置采用三相渦流混合器流三相混合器作為核心部件，一步完成藥劑分子拉伸提效、混凝絮凝攪拌(污染物捕集)、絮體形成、氣泡晶核生成和超輕中空化絮體形成的所有步驟。從而利用精確少量的化學藥劑，充分捕集水中污染物;同時形成比重極輕的中空絮體，浮升至池體表面被刮除。
氣能絮凝技術與傳統(tǒng)氣浮技術的本質(zhì)區(qū)別在于氣泡與絮體的接觸形式不同：后者采用簡單的“氣泡與絮體接觸附著”，氣泡易于與絮體發(fā)生脫附;而前者采用“絮體氣泡生長技術”——氣泡在絮體內(nèi)部和周邊生成晶核生長，兩者成為有機一體。
作為優(yōu)選方案，所述三相渦流混合器二還與一空壓機相連通。
作為優(yōu)選方案，所述氣能絮凝裝置還包括渣槽和浮渣輸送泵。
作為優(yōu)選方案，所述多元催化氧化裝置包括多元催化氧化反應槽，所述多元催化氧化反應槽內(nèi)由下到上依次設有空氣擴散裝置和催化劑承托濾板，所述催化劑承托濾板上垂直設有兩塊陰極板和一塊陽極板，所述陽極板設置于兩塊所述陰極板之間，多元催化氧化反應槽的口部設有布水槽，所述布水槽的一端與進水泵相連通，布水槽的另一端同時與一個回流閥和一個出水閥相連通，所述回流閥和出水閥由一個循環(huán)泵控制。
多元催化氧化技術是結(jié)合高級氧化技術和高級催化技術、電控技術和相應固體催化劑的研究，綜合采用鈦基涂層電極、固定復合催化劑及脫附技術研制開發(fā)的新型水處理設備。其工作原理描述如下：在常溫常壓條件下，通過直流電源在特殊涂層電極之間形成電磁場，并通過電極間填充的固體復合催化劑形成多元電極效應，在氧氣、催化劑的協(xié)同作用下，高效快速地促進羥基自由基(·OH)的生成�！H具有極強的氧化能力，利用其極高的氧化電極電位，容易進攻有機物分子的高電子云密度點，無選擇地把高濃度難生物降解的有機污染物破環(huán)斷鏈，氧化成CO2、H2O或簡單的有機物。
作為優(yōu)選方案，所述生化裝置包括：缺氧池、好氧池、鼓風機、硝化液回流泵、微孔曝氣管、沉淀池和刮泥機，所述好氧池設置于缺氧池和沉淀池之間，并與缺氧池相連通，所述好氧池內(nèi)裝有生物填料，所述微孔曝氣管設置于好氧池的底部，所述鼓風機與微孔曝氣管相連通，所述硝化回流泵連通于好氧池和缺氧池之間，所述沉淀池內(nèi)設有刮泥機。
一種基于前述的焦化廢水處理系統(tǒng)的焦化廢水處理方法，其特征在于，包括氣能絮凝前處理，以及一次或多次進行的如下步驟：
多元催化氧化處理;
生化處理。
焦化廢水先經(jīng)重力隔油池去除重油和浮油，再經(jīng)氣能絮凝裝置去除乳化油，降低濁度，然后進入調(diào)節(jié)池均衡水質(zhì)水量。
調(diào)節(jié)池中廢水經(jīng)泵提升入一級多元催化氧化裝置，利用反應過程中生成的強氧化劑羥基自由基[·OH]，對焦化廢水中烯酮類、酚類、稠環(huán)芳烴類、含氮雜環(huán)類化合物(如喹啉、吲哚、吡啶、蒽、醌等)及硫化物、氰化物等毒性物質(zhì)進行氧化，削減其生物毒性，并使難降解有機物開環(huán)斷鏈，提高其可生化性。
一級多元催化氧化出水進入一級生化處理，一級生化采用A/O(缺氧/好氧)工藝，在缺氧段利用進水中的可同化碳源進行反硝化脫除總氮，同時大部分酚類物質(zhì)被完全降解轉(zhuǎn)化;在好氧段中，COD進一步氧化降解(大部分烯酮類物質(zhì)被完全去除)，NH3-N進行硝化反應，硝化液回流至缺氧段中。
為滿足T-N和COD的排放要求，設置第二級多元催化氧化工藝進行焦化廢水深度處理：對廢水中殘余難降解有機物進行氧化，將其轉(zhuǎn)化為可生物降解物質(zhì)或直接去除;利用生成的可生物降解物質(zhì)及補充的碳源在后續(xù)二級生化A/O(缺氧/好氧)工藝中進行反硝化脫除總氮。最終出水水質(zhì)能達到新排放標準限值。
當然，若一次多元催化氧化后或一次生化處理后的焦化廢水的理化指標可以達到相應標準，可不對廢水進行后續(xù)的多元催化氧化或生化處理。
作為優(yōu)選方案，所述氣能絮凝前處理具體包括如下操作：
在三相渦流混合器一、三相渦流混合器三和三相渦流混合器四中分別加入聚合氯化鋁混凝劑、陽離子型高分子絮凝劑、陰離子型高分子絮凝劑，在三相渦流混合器二中通入壓縮空氣;
將焦化廢水輸入三相渦流混合器一中，使焦化廢水依次經(jīng)過三相渦流混合器一、三相渦流混合器二、三相渦流混合器三和三相渦流混合器四的絮凝后，通入絮體分離槽的絮體成長區(qū);
在所述絮體成長區(qū)形成的浮渣在絮體分離槽中被槽頂設置的刮渣機刮出，在絮體分離槽底部由穿孔集水板收集干凈的清液排出，進入下一道處理工序。
經(jīng)重力隔油后的焦化廢水經(jīng)泵提升至氣能絮凝裝置進行預處理，氣能絮凝的功能是去除廢水中的乳化油、濁度及部分膠體類有機污染物。
作為優(yōu)選方案，所述多元催化氧化處理具體包括如下操作：
在多元催化氧化裝置的催化劑承托濾板上鋪裝催化劑;
將經(jīng)過氣能絮凝的焦化廢水輸入布水槽，控制所述焦化廢水的液位高于催化劑表面后停止進水;
通過空氣擴散裝置對反應槽內(nèi)的焦化廢水進行曝氣充氧，同時對陽極板和陰極板分別進行正極和負極的輸電，開始進行曝氣反應;
待所述曝氣反應進行至15～20min后，停止曝氣充氧，開啟循環(huán)泵，開始進行循環(huán)反應;
待所述循環(huán)反應進行至15～20min后，關閉循環(huán)泵、停止對陽極板和陰極板的供電，整個多元催化氧化反應結(jié)束，廢水由出水泵提升至下一級多元催化氧化反應或排入后續(xù)生化處理裝置。
作為優(yōu)選方案，所述生化處理具體包括如下操作：
將經(jīng)過多元催化氧化的廢水進行缺氧處理;
所述缺氧處理結(jié)束后，進行好氧處理;
所述好氧處理結(jié)束后，進行沉淀絮凝;
所述沉淀絮凝結(jié)束后，污泥經(jīng)污泥泵排出，上清液進行下一級處理。
因此，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：
(1)采用氣能絮凝技術作為焦化廢水前處理，氣能絮凝獨有的三相渦流混合器流三相混合技術可以最大限度地利用化學藥劑、充分捕捉細小污染顆粒及膠體，對焦化廢水濁度去除率高，能有效保障后續(xù)多元催化氧化和生化的進水水質(zhì)要求。
(2)多元催化氧化技術能以較低的能耗產(chǎn)生強氧化劑羥基自由基[·OH]，相比其它高級氧化技術，反應條件溫和、反應過程無需使用任何化學藥劑、且不產(chǎn)生污泥或濃縮液。
(3)采用氣能絮凝和多元催化氧化進行焦化廢水生化前處理，能有效降低廢水生物毒性、降低生化處理負荷、并提高廢水可生化性，使后續(xù)生化處理變得簡單高效。
(4)采用多元催化氧化作為生化前處理后，生化裝置曝氣池表面泡沫量相比生化裝置直接處理焦化廢水要大幅減少甚至基本沒有泡沫，無需采取任何消泡措施。
(5)工業(yè)性試驗表明，采用本技術路線對焦化廢水進行處理，出水CODcr、NH3-N和T-N分別小于80mg/L、10mg/L和20mg/L，滿足《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》(GB16171-2012)的要求。
