新型焦化廢水深度處理工藝的應用研究

閆紅霞

（山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030024）

引言

在焦化生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的高毒性有機廢水，這些廢水中含有大量的苯、酚等有機污染物，造成廢水中化學需氧量（COD）極高，需要先經(jīng)過凈化，將廢水中的COD 值降低。目前對焦化廢水凈化最常用的處理方法是臭氧催化法，該方法主要是向廢水中通入臭氧，在催化劑的作用下臭氧分解產(chǎn)生具有高氧化性的非選擇性羥基自由基，實現(xiàn)對焦化廢水中各類有機污染物的氧化，降低水中的化學需氧量。但采用臭氧催化的方法在使用過程中會產(chǎn)生大量的中間產(chǎn)物，造成污染物礦化，影響對廢水的凈化效果。

為了提高對焦化廢水的處理效果，減少環(huán)境污染，本文提出了一種新的焦化廢水深度處理工藝，首先利用絮凝劑將廢水中容易被氧化的部分去除，然后再利用臭氧催化氧化的方案對焦化廢水進行處理，由于減少了中間產(chǎn)物，因此能夠顯著提升對焦化廢水的處理效果。根據(jù)實際驗證表明，當催化劑添加比例為30%、臭氧添加流量為3 L/min、絮凝劑添加量為690 mg/L 的情況下，能夠?qū)⒔够瘡U水中化學需氧量（COD）的去除率提升到69.9%，將總有機碳（TOC）的去除率提升到52.4%，極大地提升了對有機廢水的凈化效果。

1 臭氧-絮凝綜合處理流程分析

為了滿足對焦化廢水高效處理的需求，本文提出了一種新的臭氧-絮凝綜合處理裝置[1]，能夠?qū)崿F(xiàn)絮凝-臭氧催化的不間斷連續(xù)生產(chǎn)，提高對焦化廢水的凈化效果。該綜合凈化處理裝置整體結構如圖1 所示[2]。

圖1 綜合凈化處理裝置示意圖

該綜合凈化處理裝置整體采用了304 不銹鋼的缸體結構，在工作時，首先在反應容器內(nèi)加入一定的催化劑，然后利用泵將焦化廢水抽入到A 存儲罐內(nèi)，在A 罐內(nèi)加入絮凝劑對其進行絮凝過濾處理，待B罐內(nèi)流入約1/3 的水后，再把臭氧從B 罐體底部沖入，在催化劑的作用下臭氧分解，對廢水中的有機物進行氧化處理。然后在循環(huán)泵的作用下經(jīng)過第一步凈化處理的廢水再次回到A 罐內(nèi)，水體中溶解的臭氧在固體催化劑的作用下進行第二次凈化處理，從而有效地降低水體中有機污染物的濃度。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)對臭氧的二次利用，能夠有效減少臭氧的浪費，提高凈化處理的經(jīng)濟性。

2 催化劑添加比例對凈化效果的影響

為了對不同催化劑添加比例情況下的凈化效果進行研究，采用了變比例對比驗證的方案，在臭氧流量為3 L/min，焦化廢水pH 值為6 的情況下，分別對催化劑體積占比為0%、10%、20%、30%、40%情況下臭氧催化效果的影響進行研究，結果如圖2 所示。

圖2 不同添加比例下COD 去除效果曲線

由圖2 可知，隨著催化劑比例的不斷增加，對焦化廢水中化學需氧量（COD）的去除率不斷增加，對水中有機污染物的降解速率也呈不斷增加的趨勢，這主要是由于催化劑的增加加大了對臭氧的分解速率，增加了反應活性點位導致的[3]。

當催化劑的比例為30%的情況下，在第230 min時，焦化廢水中化學需氧量（COD）值已經(jīng)從244.7 mg/L降低到了74.9 mg/L，去除率達到了69.4%。當催化劑的比例為40%的情況下，在第230 min 時，焦化廢水中化學需氧量（COD）從244.7 mg/L 降低到了74.7 mg/L，去除率達到了69.5%。整體的去除率和催化劑比例為與30%的情況下基本一致，而催化劑比例越高，在生產(chǎn)中的經(jīng)濟性就越低[4]，因此結合催化效率和經(jīng)濟性兩方面的因素，當催化劑比例為30%的情況下具有最佳的凈化經(jīng)濟性。

3 臭氧添加流量對凈化效果的影響

為了驗證臭氧添加流量對凈化效果的影響，同樣采用了變比例對比驗證的方案，將催化劑的投放比例定為30%，焦化廢水pH 值同樣為6 的情況下，分別對臭氧流量分別為1、2、3、4 L/min 臭氧催化效果的影響進行研究，結果如圖3 所示。

圖3 不同臭氧流量情況下COD 去除效果曲線

由圖3 可知，隨著臭氧流量的增加，對焦化廢水中化學需氧量（COD）的去除率從1 L/min 時的60.1%提高到了3 L/min 時的70.3%，這主要是由于，臭氧流量的增加，加大了水體中單位時間內(nèi)分解的臭氧的量，從而促進了單位時間內(nèi)對更多的有機污染物的分解。當水中通入臭氧的速度達到4 L/min 時焦化廢水中化學需氧量（COD）的去除率反而出現(xiàn)了一定量的下降，這主要是由于焦化廢水中臭氧含量的飽和[5]，而且產(chǎn)生了更多的可沉淀中間產(chǎn)物[6]，造成了去除率的降低。綜合分析可知，當水中臭氧通入量為3 L/min 時具有最佳的凈化效果。

4 絮凝劑添加量對凈化效果的影響

絮凝劑（C002-2018 聚丙烯酰胺絮凝劑）的添加會直接影響廢水的pH 值，因此通過對pH 值的監(jiān)測來對絮凝劑的添加量進行換算[7]，將催化劑的投放比例定為30%，臭氧的流量設置為3 L/min，焦化廢水pH 值分別為3、5、7、7.8、9、11 情況下對臭氧催化效果的影響進行研究，結果如圖4 所示。

圖4 不同pH 值下COD 去除效果曲線

由實際驗證結果可知，隨著pH 值的增加，總體上來說對焦化廢水中化學需氧量（COD）的去除率先增加后降低，當pH 值為3 時的去除率僅為66.4%，當pH 值為7.8 時的去除率達到了74.2%，此時的去除率最高，隨著pH 值的增加，溶液中化學需氧量（COD）的降解速率會逐漸的降低[8]，這主要是由于非選擇性羥基自由基在中性偏堿的條件下才具有最佳的活性[9]，因此在過酸或者過堿時均會限制其活性的增加，當pH 值為中性偏堿情況下所對應的絮凝劑的添加量690 mg/L，此情況下具有最佳的凈化效果。

5 應用情況分析

利用臭氧-絮凝綜合處理工藝技術，將催化劑的投放比例定為30%，臭氧的流量設置為3L/min，絮凝劑的添加量設置為690 mg/L，在此工藝條件下對凈化效果進行研究，結果如圖5 所示。

圖5 臭氧-絮凝綜合處理效果示意圖

由圖5 可知，利用臭氧-絮凝綜合處理工藝技術，能夠?qū)⒔够瘡U水中化學需氧量（COD）的去除率提升到69.9%，將總有機碳（TOC）的去除率提升到52.4%

6 結論

針對焦化廢水凈化效率低、經(jīng)濟性差、對環(huán)境污染嚴重的現(xiàn)狀，提出以臭氧-絮凝綜合處理為核心的新型焦化廢水處理技術，首先利用絮凝劑將廢水中容易被氧化的部分去除，然后再利用臭氧催化氧化的方案來對焦化廢水進行處理，根據(jù)應用研究表明：

1）當催化劑添加比例為30%、臭氧添加流量為3 L/min、絮凝劑添加量為690 mg/L 的情況下該技術具有最佳的凈化處理效果；

2）利用臭氧-絮凝綜合處理工藝技術，能夠?qū)⒔够瘡U水中化學需氧量（COD）的去除率提升到69.9%，將總有機碳（TOC）的去除率提升到52.4%，對提升焦化廢水處理效率和經(jīng)濟性具有十分重要的意義。