焦化廢水應(yīng)用新技術(shù)

封一飛，劉春美，袁本雄

1.中冶焦耐工程技術(shù)有限公司，遼寧大連 116000

2.銅陵新亞星焦化有限公司，安徽銅陵 244000

1 概述

煉焦是指氣、肥、焦、瘦4 種洗精煤按一定比例配合，經(jīng)粉碎處理制備成裝爐煤，隔絕空氣高溫干餾的過程。在該過程中產(chǎn)生大量的焦化廢水，焦化廢水其組分復(fù)雜、有害物濃度高、毒性大且難以處理。主要來源有三：一是煉焦煤帶入的表面水和煉焦過程中產(chǎn)生的化合水；二是化學(xué)產(chǎn)品回收和精制過程使用蒸汽直接蒸吹，經(jīng)冷卻后變?yōu)榘氤善坊虍a(chǎn)品的分離水；三是焦油、粗苯等化工產(chǎn)品精制過程或其他場合產(chǎn)生的廢水。其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等幾十種污染物，成分復(fù)雜，污染物濃度高、色度高、毒性大，性質(zhì)非常穩(wěn)定，是一種典型的難降解有機(jī)廢水。它的超標(biāo)排放對人類、水產(chǎn)、農(nóng)作物都構(gòu)成了很大危害。如何改善和解決焦化廢水對環(huán)境的污染問題，已成為擺在人們面前的一個迫切需要解決的課題。

在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，處理后的焦化廢水除焦化廠使用一部分外，其他進(jìn)入公司濁循環(huán)水系統(tǒng)，統(tǒng)一應(yīng)用及深度處理并達(dá)標(biāo)后外排，因此鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的焦化廠干熄焦普及率達(dá)90%以上。對于獨立焦化廠，因生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的焦化廢水無法達(dá)到零排放，成為影響干熄焦技術(shù)在獨立焦化廠推廣普及的重要因素之一。

2 焦化廢水現(xiàn)狀及處理工藝

2 z1 j'目前焦化廢水大多采用硝化—反硝化（A/O）工藝，只有少數(shù)焦化廠采用A2/O2 或A/O-O 等處理工藝。一般按常規(guī)方法先進(jìn)行預(yù)處理、生物處理、后處理再進(jìn)行污泥處理。焦化廢水脫氮的投資較高、占地面積較大、運行費用也較高，加之對凈化工段要求嚴(yán)格，一般企業(yè)難以承受。此外，焦化廢水經(jīng)上述處理后，氨氮、BOD5、總氮、總磷、揮發(fā)酚、硫化物、苯、氰化物、苯并芘、PAHs、石油類、CODCr 等指標(biāo)全部達(dá)到二級排放的標(biāo)準(zhǔn)仍然存在一定難度，尤其CODCr 等后幾項指標(biāo)更甚。

焦化廠煉焦廢水排放，2012 年10 月1 日前執(zhí)行的是《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）二級標(biāo)準(zhǔn)，2012 年10 月1 日后執(zhí)行的是《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171-2012）。由下表可以看見，排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，污水處理投資會越來越大。

表1 新舊煉焦廢水排放標(biāo)準(zhǔn)對比表

3 處理后焦化廢水的使用出路

處理后的廢水盡量在廠內(nèi)利用，減少外排水量，同時采取措施防止對環(huán)境及設(shè)備產(chǎn)生不良影響。對于獨立焦化廠，目前主要回用方式有濕熄焦用水、抑塵用水、少數(shù)廠家超濾后用反滲透技術(shù)將焦化廢水處理后回用作為工業(yè)用水等。其中，濕熄焦用水量較大，占總廢水～60%。若采用干熄焦技術(shù)，焦化廢水的回用率將大大降低，因此對于獨立焦化廠建設(shè)干熄焦裝置后建議推廣焦炭加濕技術(shù)。

3.1 干熄焦炭加濕

采用干法熄焦后，焦炭水分幾乎為零極易揚灰，給生產(chǎn)、篩分、貯存、運輸過程帶來較大的影響。由于理化性質(zhì)上的特點，造成焦炭親水性相對較差，即使浸泡于水中也不能提高其水分。因此，采用表面活性劑作親水劑，通過一定的工藝過程，可將焦炭水分提高到4%左右。

3.1.1 固體表面的潤濕機(jī)理及表面活性劑的選擇

1）固體的潤濕性

固體表面潤濕性由表面的化學(xué)組成和微觀幾何結(jié)構(gòu)共同決定，化學(xué)組成上焦炭表面能相對較低，微觀上焦炭屬于粗糙表面，根據(jù)Wenzel 模型，粗糙表面的存在使得實際固液接觸面積大于表面幾何接觸面積，增強(qiáng)了焦炭疏水性。

2）表面活性劑概述

表面活性劑(surfactant)，是指具有固定的親水親油基團(tuán)，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質(zhì)。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)具有兩親性：一端為親水基團(tuán)，另一端為憎水基團(tuán)；親水基團(tuán)常為極性的基團(tuán)，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰氨基、醚鍵等；而憎水基團(tuán)常為長直鏈非極性烴鏈。

一般表面活性劑分為離子型、非離子型及特殊型表面活性劑。其中離子型表面活性劑又分為陰離子型、陽離子型、兩性表面活性劑。

圖1 表面活性劑結(jié)構(gòu)

3）表面活性劑的潤濕原理

通過表面活性劑分子中不同部分分別對于兩相的親和，使兩相均將其看作本相的成分，分子排列在兩相之間，使兩相的表面相當(dāng)于轉(zhuǎn)入分子內(nèi)部，從而降低表面張力。由于兩相都將其看作本相的一個組分，就相當(dāng)于兩個相與表面活性劑分子都沒有形成界面，就相當(dāng)于通過這種方式部分的消滅了兩個相的界面，就降低了表面張力和表面自由能。

圖2 表面活性劑參與后焦炭表面潤濕性的轉(zhuǎn)化

水；2-油；3-焦炭

4）表面活性劑的選擇

由于處理后的焦化廢水多呈弱堿性，pH 值介于7 ～9 之間，此外還含有Ca、Mg 等堿金屬，因此在選用表面活性劑時，應(yīng)根據(jù)不同廢水的具體情況選用不同的表面活性劑，所選用的表面活性劑應(yīng)具有耐堿、耐硬水的特性。

此外，作為加濕劑的表面活性劑親水性和親油性應(yīng)適中，親水親油平衡值（HLB）應(yīng)介于7 ～9 間。

3.1.2 焦炭加濕的工藝流程

1）焦炭加濕廢水量的計算

以年產(chǎn)焦炭150 萬噸2×60 孔JNX3-70-1 型焦?fàn)t為例，處理后的廢水量約1.31×106t/a，按焦炭水分加至4%計算，年焦炭加濕廢水量約6.1×104t/a，可明顯降低在生產(chǎn)、貯存、運輸過程中粉塵外溢對環(huán)境的污染。

2）系統(tǒng)組成

由于焦炭親水性較差，采用于帶式輸送機(jī)通廊中沿途設(shè)噴嘴，緩慢向焦炭噴水加濕的工藝流程。加濕系統(tǒng)由料流檢測器、水箱、加壓泵、流量計、加藥裝置、2 級過濾器、流量控制單元、電磁閥、噴嘴、控制系統(tǒng)以及配套的管路和閥門等組成。

3）系統(tǒng)工作流程

帶式輸送機(jī)開機(jī)后，非接觸式料流檢測器檢測到帶式輸送機(jī)上有物料時，加壓泵自動工作，將稀釋有表面活性劑的廢水送至流量控制單元，流量控制單元的電磁閥打開，同一單元的噴頭同時工作，將水霧化向焦炭加濕。帶式輸送機(jī)開機(jī)時，根據(jù)帶速各流量控制單元延時開啟，停機(jī)時延時關(guān)閉。水箱設(shè)液位計，檢測出高液位時關(guān)閉注水及加藥，檢測出低液位時，入口電磁閥打開將廢水經(jīng)2 級過濾器過濾后加入水箱，入口水管上設(shè)流量計，加藥裝置根據(jù)注水量自動向水箱內(nèi)加入表面活性劑。

圖3 系統(tǒng)工藝流程圖

3.2 焦化廠內(nèi)抑塵用水

運輸焦炭和調(diào)濕煤的輸送機(jī)轉(zhuǎn)運點、焦炭裝車等位置可設(shè)噴霧抑塵裝置，以壓縮空氣為氣源通過噴嘴將焦化廢水處理為3μm ～20μm 級別較小顆粒的霧池，將粉塵封鎖在霧池內(nèi)，水霧與塵埃顆粒發(fā)生碰撞、吸附、凝結(jié)，形成的塵埃團(tuán)在重力作用下降落，從而達(dá)到過濾塵埃的目的。

對于露天煤場和焦場，可通過噴槍向料堆灑水，降低大風(fēng)刮走的物料量。

4 結(jié)論

1）采用處理后的焦化廢水對焦炭進(jìn)行加濕，可大大降低粉塵對環(huán)境的污染，具有顯著的社會效益；

2）加濕裝置工藝過程簡單、投資少、自動化程度高、運行及維護(hù)成本低；

3）加濕裝置既可隨焦化廠同步建設(shè)，也可在現(xiàn)有焦化廠增建。

[1]肖瑞華.煉焦化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)問答.北京：冶金工業(yè)出版社，2008：349.

[2]Jiang L，Wang R，Yang B，et al.[J].Adv Mater， 2002，14(24)：1857-1860.

[3]Wenzel R N.Surface roughness and contact angle[J].J Phys Colloid Chem，1949，53：1466.