工业水处理, 2019, 39(7): 94-97 doi: 10.11894/iwt.2018-0569

• 工程实例 •

针状焦废水处理工程实例

张立涛,, 安路阳,, 刘硕, 王宇楠, 尹建博, 徐歆未

Engineering example of needle coke wastewater treatment

Zhang Litao,, An Luyang,, Liu Shuo, Wang Yu'nan, Yin Jianbo, Xu Xinwei

通讯作者: 安路阳,电话:15241223005, E-mail:anluyang2008@126.com

收稿日期: 2019-03-25  

基金资助: 国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术重点专项”.  2017YFB0603500

Received: 2019-03-25  

Fund supported: 国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术重点专项”.  2017YFB0603500

作者简介 About authors

张立涛(1989-),硕士,工程师电话:15040786507,E-mail:zhanglitaojy@163.com , E-mail：zhanglitaojy@163.com

摘要

以辽宁某公司针状焦生产废水处理项目为例，首先通过复合气浮、蒸氨、离心萃取和树脂吸附预处理工艺，降低废水中特定污染物的浓度，提高废水的可生化性，再采用A2/O工艺进一步去除污染物，最终经过电絮凝工艺深度处理，出水达到并优于《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171-2012）中间接排放标准，可作为针状焦熄焦水使用，实现废水零排放。

关键词： 针状焦废水 ; 树脂吸附 ; 电絮凝 ; 回用 ; 零排放

Abstract

Taking the wastewater treatment project of needle coke production in a company of Liaoning as an example. The concentration of pollutants in wastewater were reduced and the biodegradability of wastewater was improved by the composite air flotation, ammonia evaporation, centrifugal extraction and resin adsorption pretreatment. The further removal of pollutants by A2/O and electroflocculation advanced treatment process, the water quality of the effluent reached and was superior to the indirect discharge standard, specified in Coking Chemical Industry Pollutants Discharge Standard(GB 16171-2012). As needle coke quenching water, zero discharge of wastewater was realized.

Keywords： needle coke wastewater ; resin adsorption ; electric flocculation ; recycling ; zero discharge

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张立涛, 安路阳, 刘硕, 王宇楠, 尹建博, 徐歆未. 针状焦废水处理工程实例. 工业水处理[J], 2019, 39(7): 94-97 doi:10.11894/iwt.2018-0569

Zhang Litao. Engineering example of needle coke wastewater treatment. Industrial Water Treatment[J], 2019, 39(7): 94-97 doi:10.11894/iwt.2018-0569

国内外冶炼行业大多需要高功率、超高功率的石墨电极，特别是电炉炼钢技术的快速发展，对高功率、超高功率的石墨电极需求不断增加，针状焦具有高导电性、高耐热冲击性和耐氧化性，同时低硫、低氮，是电炉的理想电极材料。除此之外，针状焦作为新型的碳材料，以其易于石墨化、电导率高、灰分低等优异特性，成为一种优质的锂离子电池负极材料〔1-2〕。随着国家节能、环保相关产业的大力发展，针状焦的需求将不断增长，同时其生产过程产生的高浓度废水处理问题也不容忽视。

1 设计进出水水质和水量

辽宁某公司生产高品质针状焦产品，产生的废水主要为轻油分离废水和污油储罐废水。其中轻油分离废水含有高浓度的硫化物、硫氰化物、酚类、氨氮等污染物，COD大于40 000 mg/L，水量为1.5 m3/h，是一种高浓度难降解有毒的有机废水，针对该类废水的处理技术目前罕有相关研究报道〔3-4〕。污油储罐废水污染物浓度较低，可以直接进行生化处理，水量为1.5 m3/h。因此，需要建设一套完整的废水处理工艺，合理分配，有效地降解废水中的污染物，使得最终出水达到并优于《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171-2012）中间接排放标准，可作为针状焦熄焦水使用，实现针状焦厂废水零排放。

针状焦废水处理进出水水质及水量如表1所示。

表1   针状焦废水处理设计进出水水质及水量

水样进水出水
轻油分离废水污油储罐废水
COD/（mg·L-1）48 4602 333< 150
氨氮/（mg·L-1）10 579295< 25
挥发酚/（mg·L-1）12 028538< 0.3
氰化物/（mg·L-1）6141< 0.2
硫化物/（mg·L-1）8 00672< 0.5
硫氰化物/（mg·L-1）2 15580< 0.2
悬浮物/（mg·L-1）4644< 70
油类/（mg·L-1）86450< 2.5
pH9~109~106~9
色度/倍246416
水量1.51.55

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2 工艺流程及说明

2.1 工艺流程

由表1可知，针状焦生产废水中轻油分离废水污染物组成复杂、浓度高，结合兰炭废水处理和其他化工废水处理技术，针对针状焦废水中每一种污染物提出相应的预处理技术，并优化组合工艺，在降低污染物浓度的同时，回收部分有价值的物质。通过预处理工艺降低废水COD以及其他污染物，以使指标满足生化处理要求。因此，提出针状焦废水处理工艺流程如图1所示。

图1

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图1   针状焦废水处理工艺流程


2.2 工艺说明

2.2.1 预处理

轻油分离废水首先进入调节池均衡水质和水量，然后通过提升泵进入重力除油装置，静置分离回收轻油；除油后的废水重力自流入复合气浮机中，同时加入聚合硫酸铁溶液，在曝气条件下，以铁盐为催化剂空气氧化水中的硫化物为硫代硫酸盐，最终被氧化为硫酸盐〔5-6〕，同时聚合硫酸铁的浮渣和泥渣收集于废渣储罐中，后续处理。出水经过滤截留复合气浮产生的渣滓后通过管道混合器与碱液混合进入蒸氨塔中，精馏降低废水中的氨氮同时回收高浓度氨水；蒸氨出水调节pH为4左右，进行离心萃取脱酚〔7-8〕，回收废水中的酚类物质，萃取后的含酚萃取剂进入离心反萃机，利用氢氧化钠反萃回收萃取剂循环利用；萃取后的水相通过树脂吸附柱，吸附去除硫氰化物〔9〕，树脂吸附饱和后，采用氢氧化钠溶液再生吸附树脂，恢复树脂的吸附能力〔10〕。因此，通过复合气浮、蒸氨、离心萃取和树脂吸附工艺，可以有效降低废水中的硫化物、氨氮、挥发酚、硫氰化物和COD，同时能够回收有价值的氨氮和挥发酚，并提高废水的可生化性。

2.2.2 生化处理

经过预处理后的废水进入生化调节池与污油储罐废水混合，调节生化水质和水量稳定，进入生化系统。生物处理法是利用水中微生物的新陈代谢作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有机物被降解，并转化成为稳定、无害的物质，使废水得以净化，包括传统脱氮工艺、A/O工艺、氧化沟工艺、AB工艺、SBR工艺、A2/O工艺等。主要目的是在低成本的条件下，稳定地降低废水的COD、氨氮和挥发酚等其他污染物。根据焦化废水生化处理经验及两种水中水质污染物的特征，该工程采用A2/O工艺〔11〕。

2.2.3 深度处理

生化处理后出水进入电絮凝深度处理工艺中，废水在电气浮、电化学氧化和絮凝的作用下，对废水中的污染物进行氧化还原和絮凝，污染物在微小气泡的作用下上浮而被去除。经过电絮凝处理后的废水过滤去除渣滓后可进入针状焦熄焦水系统进一步使用〔12-14〕。

该预处理工艺对多种污染物的去除率高，硫化物、酚类、氨氮和硫氰化物的去除率≥95%，COD去除率≥85%，同时有效地回收废水中的可资源化物质，作为化工原料降低废水处理成本。废水经过深度处理后，出水达到针状焦熄焦水使用要求，实现废水零排放。

3 主要构筑物和设备参数

该工程主要构筑物和设备参数如表2所示。

表2   主要构筑物和设备

阶段名称备注
预处理进水调节池1个，7 m×6 m×5 m，钢混
陆用油水分离器1套，0.9 m×0.6 m×1.8 m
气浮除油机1套，2.5 m×1.0 m×1.8 m
蒸氨塔1个，D 0.5 m×18 m
预热器2个，A=10 m2
冷却器1个，A=10 m2
氨分缩器1个，A=10 m2
离心萃取机2台，D 0.5 m×1.3 m，2级串联
离心反萃机3台，D 0.4 m×1.1 m，3级串联
树脂吸附缓冲池1个，2 m×1 m×1.2 m，钢混
树脂吸附柱2套，D 0.5 m×1.8 m，含自动控制系统
生化处理系统生化调节池1个，2.5 m×2.0 m×1.5 m，钢混
水解酸化池1个，15 m×2.5 m×3.0 m，钢混
缺氧池1个，15 m×6 m×3 m，钢混
好氧池1个，15 m×8 m×3 m，钢混
二沉池1个，D 4 m×3 m，钢混
污泥浓缩池1个，D 2 m×1 m，钢混
深度处理工艺电化学装置1套，Q=6 m3/h，P=5 kW，含自动控制系统
一体化调节净化装置1套，1.5 m×2.0 m×1.0 m

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4 系统调试及运行结果

4.1 针状焦废水处理工程运行效果

经过调试各工艺段运行稳定，采取24 h连续运行，对各个工艺段出水进行抽样检测，出水水质平均检测结果如表3所示。

表3   废水处理工程运行效果

mg/L
项目CODNH3-N挥发酚油类硫化物硫氰化物
进水48 46010 57912 0288648 0062 155
除油出水45 16010 38911 9801017 9952 120
复合气浮出水36 8709 22911 63958391 995
蒸氨出水29 3501158 953315.81 971
离心萃取出水10 575120231104.51 980
树脂吸附出水5 37510111650.55
生化调节池2 654102198182428
生化出水1252.31.461.5——
电絮凝出水741.40.15———

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由表3可知，针状焦废水经过预处理后，高浓度的COD、氨氮、挥发酚、硫化物和硫氰化物得到了有效的去除，在生化调节池中与污油储罐废水进行混合后满足生化系统要求，进入生化处理工艺，再通过深度处理后出水达到并优于《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171-2012）中间接排放标准，可作为针状焦熄焦水使用，实现废水零排放。

4.2 工程设计和运行中遇到的问题

（1）市售气浮机气液比难以满足工艺要求，所以在气浮机中增加曝气装置以满足工艺条件；在气浮除硫化物过程中，有异味产生，同时产生大量泡沫，造成溢流，所以对气浮机进行加盖收集异味并进入VOCs处理系统，气浮机上沿增设溢流收集槽，收集废水并返回进水池重新处理。

（2）复合气浮出水进蒸氨塔之前，因含有大量的颗粒悬浮物，需经过滤器过滤。采用纤维过滤器优于多介质过滤器，可降低反冲洗频率。

（3）蒸氨过程中，回收的氨水中含有少量轻油，需要经过静置分离。同时，需要在除油工艺中加强对轻油的去除。

（4）在冬季温度低的情况下，树脂吸附装置需要做外层保温，以防止再生过程中产生的盐在低温情况下析出，堵塞树脂吸附装置。

5 运行费用分析

废水处理运行成本主要包括复合气浮、蒸氨、离心萃取、树脂吸附和生化处理，详见表4所示。

表4   废水处理运行成本

序号名称成本/（元·t-1）备注
1复合气浮5主要为聚合硫酸铁消耗
2蒸氨42.5主要为蒸汽消耗
3离心萃取12主要为萃取剂损失和碱液消耗
4树脂吸附5主要为再生液损耗
5生化处理12
6电化学后处理4含电极费用
7折旧费3.36残值取工程费的4%
8人工费0.65年人均工资4.2万元
9总费用合计84.51

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由表4可知，废水的处理成本为84.51元/t。

除此之外，废水处理过程中可以回收粗酚产品和氨水，作为工业原料使用，弥补废水的处理费用。以日处理废水36 t，挥发酚质量浓度为12 g/L计算，扣除降解损耗，酚的回收率可以达到95%，即每日回收粗酚36×12×95%=410.4 kg，回收的粗酚产品中粗酚质量分数大于83%，可以作为初级产品销售，以市场均值2 000元/t计算，产生的价值约为820.8元/d；氨氮质量浓度为10 000 mg/L，扣除损耗其回收率可以达到95%，回收氨水质量分数为12%~17%，即每日回收氨水36×10×95%=342 kg，用于钢铁厂烟气脱硫，以市场均值400元/t计算，产生的价值约为136.8元/d。

6 结论

针状焦废水处理工程针对废水中高浓度的特定污染物进行预处理，资源化回收并降低污染物的浓度，提高废水的可生化性。生化系统采用稳定的A2/O工艺，对COD和氨氮去除率高，最后应用电絮凝工艺深度处理，使得出水达到生产回用要求。针状焦废水处理设备装置化、模块化、易安装、占地面积小。该工程处理后出水优于《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171-2012）中间接排放标准，可作为针状焦熄焦水使用，实现废水零排放，具有良好的经济效益和社会效益。

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