焦化廢水是煤在高溫干硫、煤氣凈化以及副產(chǎn)品回收和精制過程中產(chǎn)生的一類典型工業(yè)廢水，除含有大量氮化物、氰化物、硫氰化物、氟化物等無機(jī)污染物外，還有高濃度的酚類、吡啶、喹啉、多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物，是一種典型的高濃度、高污染、有毒、難降解的工業(yè)廢水。2009年我國(guó)焦化廢水排放總量為20690萬t，占全國(guó)廢水總排放量的0．99%，化學(xué)需氧量(COD)排放量占全國(guó)工業(yè)總排放量的1．26%，氨氮排放量占全國(guó)工業(yè)總排放量的3．25%。而我國(guó)目前污水處理能力只占污水總量的20%，70%～80%的污水被直接排放，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了目前的環(huán)境容量。污水處理方法主要有4種。
(1)物理法：主要有蒸汽吹脫、溶劑萃取、吸附、離子交換等。
(2)物理化學(xué)法：主要有超聲波、電解氧化法等。
(3)化學(xué)氧化法：主要有臭氧氧化法等。
(4)生物化學(xué)法：主要有活性污泥、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤氧化塘等。
目前傳統(tǒng)污水處理方法存在投資大、運(yùn)行成本高、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、占地面積大及能耗高等問題。
河鋼宣鋼焦化廠焦化廢水量為80t/h，經(jīng)硝化—反硝化(A/O)及后續(xù)混凝沉淀處理后的水用于煉焦?jié)裣ń辜盁掕F沖渣。由于混凝沉淀處理方法對(duì)抗系統(tǒng)波動(dòng)能力較差，在生化進(jìn)水指標(biāo)發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)，出水指標(biāo)CODcr和氨氮含量超出排放濃度限值�？紤]到日益嚴(yán)峻的環(huán)保要求和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，河鋼宣鋼焦化廠對(duì)目前的焦化廢水處理技術(shù)進(jìn)行研究，并結(jié)合本廠實(shí)際生產(chǎn)情況，將低溫超導(dǎo)磁分離技術(shù)首次應(yīng)用到焦化廢水處理領(lǐng)域，取得了非常好的效果。
1、低溫超導(dǎo)磁分離焦化廢水處理技術(shù)
1．1 低溫超導(dǎo)磁分離技術(shù)原理
開展新型、高效、低成本污水處理技術(shù)研究越來越重要和迫切，對(duì)于環(huán)境和生態(tài)保護(hù)具有重要意義。強(qiáng)磁場(chǎng)超導(dǎo)磁分離污水凈化技術(shù)是近幾年國(guó)外剛開始研究的新技術(shù)，在國(guó)內(nèi)也引起了關(guān)注，但尚未得到充分發(fā)展，它被認(rèn)為是繼超導(dǎo)磁體在醫(yī)用核磁譜儀、礦物磁性雜質(zhì)分離領(lǐng)域應(yīng)用后，又一有希望工業(yè)應(yīng)用的新技術(shù)。傳統(tǒng)磁分離的磁體為普通電磁體或永磁體，電磁體所提供的磁場(chǎng)通常在1T左右，耗電量大;永久磁體體積大，目前提供的磁場(chǎng)最大僅為0．5T，磁分離效果不明顯。隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，采用超導(dǎo)材料繞制的超導(dǎo)磁體可獲得4～10T的磁場(chǎng)。由于超導(dǎo)體在臨界溫度以下無電阻，因此，運(yùn)行時(shí)耗電極低;且能在較大的空間范圍內(nèi)提供強(qiáng)磁場(chǎng)及高梯度磁場(chǎng)，可顯著提高磁分離系統(tǒng)處理效率。其造價(jià)低，日處理量達(dá)萬噸級(jí)超導(dǎo)磁分離污水處理系統(tǒng)的總投資遠(yuǎn)小于同量級(jí)化學(xué)或生物法污水處理廠投資，這使得超導(dǎo)磁分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域大大拓寬。
我國(guó)在超導(dǎo)磁分離污水處理方面的研究工作主要集中于嘗試采用超導(dǎo)磁分離技術(shù)分離凈化鋼鐵企業(yè)廢水中磁性金屬雜質(zhì)顆粒。這些研究還是局限在分離污水中的磁性雜質(zhì)，而由于多數(shù)污水中的有毒有害物質(zhì)大多為酸、堿、有機(jī)物等，它們本身沒有磁性，用磁分離無法有效分離，為了使磁分離法可以分離無磁性的有害物質(zhì)，將Fe3O4表面進(jìn)行有機(jī)功能化處理，研制出具有磁性又有絮凝效果的所謂“磁種”顆粒材料。利用磁種表面上的活性基團(tuán)吸附污水中污染物，然后通過超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)分離，才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁分離凈化污水。因此，宣鋼焦化廠采用的整個(gè)超導(dǎo)磁分離處理污水系統(tǒng)可分為2個(gè)關(guān)鍵的部分，即氣氦冷卻的超導(dǎo)磁分離裝置和磁種。
1．2 低溫超導(dǎo)磁分離水處理工藝
低溫超導(dǎo)磁分離污水處理系統(tǒng)由氦氣制冷機(jī)系統(tǒng)、超導(dǎo)磁分離裝置、絮凝劑和磁種添加裝置、磁種回收裝置、污泥回收、清洗裝置、超導(dǎo)電源、控制系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等部分組成(見圖1)。
首先將經(jīng)過表面處理的帶電極性的鐵磁性顆粒與污水中的污染物結(jié)合，并在絮凝劑的作用下體積增大，污水中有機(jī)物和無機(jī)鹽等有害成分與磁性顆粒極性鏈接，形成磁性粒子為核的漿團(tuán)。大顆粒團(tuán)在預(yù)沉池中沉淀，其余廢液通過超導(dǎo)磁鐵，在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，廢液中的漿團(tuán)吸附到多重重金屬篩網(wǎng)上，通過篩網(wǎng)的連續(xù)更換沖洗使污水達(dá)到凈化，圖2為低溫超導(dǎo)磁分離系統(tǒng)。圖3為超導(dǎo)磁分離設(shè)備。
2、運(yùn)行效果
河鋼宣鋼焦化廠在原有的焦化廢水A/O生化工藝后增加低溫超導(dǎo)磁分離系統(tǒng)，工藝流程簡(jiǎn)單(見圖4)，相比于其他水處理技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。
(1)超導(dǎo)磁分離技術(shù)處理效率高、處理能力范圍廣、處理廢水速度快，日處理量可從幾百噸到上萬噸。且不受自然溫度的影響，對(duì)其他分離方法難以除去的極細(xì)懸浮物及低濃度的污水具有很強(qiáng)的分離能力。
(2)設(shè)備體積小、占地少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、費(fèi)用低，可靠性高，并可做成車載撬裝移動(dòng)式靈活布局。
(3)利用高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)分離法可去除一些難降解的有機(jī)物等。
(4)工藝流程短，處理時(shí)間快，投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，處理效果顯著。
經(jīng)過A/O處理后的廢水在通過低溫超導(dǎo)系統(tǒng)后，CODcr和氨氮值去除效果顯著(見表1)。
從表1中可以看出，超導(dǎo)磁分離對(duì)A/O處理后的廢水CODcr去除率可達(dá)到88%，平均去除率82%，對(duì)氨氮的去除率可達(dá)到98%，平均去除率94%。對(duì)比圖見圖5～8。
通過調(diào)整低溫超導(dǎo)磁分離系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行，焦化生化廢水經(jīng)過低溫超導(dǎo)磁分離后，CODcr和氨氮含量可以達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16171－2012)》中的水污染特別排放限值標(biāo)準(zhǔn)。廢水在超導(dǎo)磁分離處理前后水質(zhì)外觀得到顯著改善(見圖9)。
3、結(jié)論
低溫超導(dǎo)磁分離技術(shù)在河鋼宣鋼焦化廠焦化廢水處理方面的成功應(yīng)用，是該技術(shù)首次工業(yè)化應(yīng)用于處理含非磁性污染物廢水方面。擴(kuò)大了低溫超導(dǎo)磁分離技術(shù)的應(yīng)用范圍，也為含非磁性污染物廢水的深化處理提供了新技術(shù)。（來源：河鋼集團(tuán)宣鋼公司）
