焦化廢水處理焦粉利用技術分析范文

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摘要：焦粉具有與活性炭相似的性質，可作為活性炭的替代材料應用于焦化廢水處理。文章介紹了關于焦粉改性為焦粉活性炭以及直接作為吸附劑處理焦化廢水的研究，總結了各研究焦粉投加量、焦粉粒徑、吸附時間、廢水pH值對焦化廢水處理效果的影響，同時分析了該技術在工程應用中存在的問題。結果表明該技術有待優化，其巨大的潛力應引起更多的關注。

關鍵詞：焦粉；焦粉活性炭；焦化廢水；水處理；有機污染物

隨著我國對焦化行業環保要求的提高，焦化行業“三廢”治理問題逐漸成為制約企業發展的重要因素，其中焦化廢水因其產量大、危害高、處理難成為焦化行業亟待解決的問題。生產每噸焦炭焦化廢水產量約0.3～0.4t，來源主要有：①焦爐煤氣冷凝液進行了廢氨回收處理的剩余氨水；②焦爐煤氣中的化學產品回收和精制過程中工藝介質的分離水；③循環系統排水、水封水、沖洗水；④廠區生活污水等。焦化廢水含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等幾十種污染物，成分復雜，污染物濃度高、色度高、毒性大，性質非常穩定，是一種典型的難降解有機廢水［1］。現階段焦化企業對焦化廢水的處理工藝一般為：物化處理→預處理→常規處理→熄焦。其中物化處理主要是工藝段的“脫酚、蒸氨”，預處理主要是混凝、除油，常規處理主要是生化處理（A2／O等）＋混凝沉淀，出水進行濕法熄焦［2］，這樣看似達到焦化廢水的“零排放”，實則用于熄焦的廢水蒸發對環境造成了較大的破壞。隨著干法熄焦的推廣，焦化廢水已再無出路，必須為企業回用，然而早期的常規處理工藝對氨氮和COD等物質去除能力有限，很難達到嚴格的回用水質要求。歸納焦化企業廢水處理存在的主要問題主要有以下方面：焦化廢水含有大量難生物降解有機物，需要配合高級催化氧化等化學處理，導致廢水處理成本偏高；經過生化處理后，氨氮可有效去除，但COD去除有限且色度過高，增大了后續深度處理回用的難度。如何使焦化廢水在較低成本投入下取得良好的處理效果以達到回用目的成為現今行業研究的課題。焦粉是破碎焦炭過程中產生的粒徑小于5mm的焦炭。焦粉作為焦化企業副產品之一，約占焦炭成品的4％［3］，主要來源于焦化廠的篩分工段、環境除塵站以及干法熄焦工藝除塵站，可連續大量產出。收集后的焦粉一般用做配煤回爐煉焦，也可作為碳材料用于高分子、電子、建筑等行業。焦粉經過高溫煅燒和活化，具有與活性炭相似的孔隙結構，兼具自產自用、無需粉碎和廉價易得的特點［4］，正逐漸引起人們重視并被研究應用于替代活性炭成為焦化廠廢水達標處理的吸附材料。

1焦粉活化改性

焦粉與活性炭相比孔隙較少，吸附能力較差，因此需要通過改性活化增強其吸附能力。張彩榮等［5］用焦粉及煤焦油為原料，經過高溫炭化活化制備出中孔大孔發達的焦粉活性炭材料；雒和明等［6］在活化時間80min，活化溫度900℃，KOH與廢棄焦粉的質量比為4，焦粉粒徑小于0.05mm條件下制備出亞甲基藍吸附值遠高于凈水炭的焦粉活性炭，產率為35.6％；田陸峰［7］、張勁勇［8］將焦粉經過高溫活化后，再分別利用H2SO4、HNO3和NaOH改性，表明不同的改性劑有不同的改性機理，酸改性能較好地提高焦粉的吸附性能。將焦粉活化改性生產焦粉活性炭可替代商品活性炭是焦化廠實現焦粉綜合利用處理焦化廢水的可行方法，但活化改性工藝將導致水處理成本增加。

2焦粉直接作為吸附劑

國內外進行了大量關于焦粉直接作為吸附劑處理焦化廢水的研究，其中有將焦粉用于生化處理后的深度處理工藝［9－12］；還有將焦粉用于吸附未經生化處理的焦化廢水［13－15］。各研究者在焦粉吸附條件如：焦粉投加量，焦粉粒徑，吸附時間以及pH值等方面做了以下研究。

2.1焦粉投加量

在焦粉投加量對吸附效果的影響研究中，其他條件基本相同時（吸附時間為3h，焦粉粒徑為0.1～2mm），焦粉投加量越大，吸附效果越好。李婭［9］以生化處理后的焦化廢水（COD約為275mg／L，色度1396°，pH值為4）為研究對象，在焦粉投加量為100g／L時，COD去除率為70％，色度去除率75％；徐淵皓［10］以生化處理二沉池出水（COD約為200mg／L，pH值為4）作為研究對象，在焦粉投加量為133g／L時，COD去除率為71％；陳鵬等［11］以生化處理＋催化氧化出水（COD約為60～80mg／L，色度40～50倍）為研究對象，在焦粉投加量為80g／L時，COD去除率為37.4％，色度降低至23倍；余柏林等［12］以生化處理出水（COD約為176mg／L，pH值為7～9）作為研究對象，以焦粉為濾料，1t焦粉過濾200t廢水（濾料量為5g／L），COD去除率為60％。張洪恩等［13］以除油蒸氨處理后的焦化廢水（COD約為3750mg／L，pH值為8）為研究對象，在焦粉投加量為20％，即200g／L時，吸附時間為1min，COD去除率為60％；MoheZhang等［14］以焦化廢水（COD約為16000mg／L，色度25000°，pH值為9.1）為研究對象，在焦粉投加量為200g／L時，吸附時間為6h，COD去除率為91.6％，色度去除率為90％。

2.2焦粉粒徑

在焦粉投加量對吸附效果的影響研究中，其他條件基本相同時，李婭［9］、陳鵬［11］、余柏林［12］、張洪恩［13］研究表明焦粉粒徑為0.1～0.2mm吸附效果最好，徐淵皓［10］研究表明焦粉粒徑為2.2mm吸附效果最好。隨著焦粉粒度的增大，其比表面積和氣孔率明顯降低，有效吸附能力下降，因此焦粉粒度越小吸附性越好［13］。

2.3吸附時間

李婭［9］、徐淵皓［10］、余柏林［12］研究表明在勻速攪拌條件下，3h為吸附的最佳時間。吸附時間過短，由于受焦粉吸附速率的影響，廢水中有機物不能在焦粉表面被充分吸附，吸附處理后的出水和色度均不達標；吸附時間過長，單位質量焦粉的水力負荷就會減小，焦粉用量隨之增大［9］。2.4pH值李婭［9］、徐淵皓［10］、陳鵬［11］研究表明pH值為2～4時，焦粉對COD去除率更高。廢水呈酸性更有利于焦粉發揮吸附作用，這也與前面所述焦粉酸性改性增強吸附能力相吻合。張洪恩［13］研究表明廢水pH值對焦粉吸附去除COD、揮發酚幾乎沒有影響。

3存在的問題

3.1投加量在各研究中，使焦化廢水COD去除率為40％到75％的焦粉投加量為80g／L到200g／L（吸附時間約為3h）。然而在實際工程中，噸焦產生廢水為0.3～0.4t，噸焦產焦粉約為4％，可用于焦化廢水處理的焦粉約為1％～2％，加上焦化生產間歇周轉，在僅用自產焦粉的情況下，投加量大于80g／L都是不合理的。

3.2投加方式

一些研究者在發明專利中對焦粉投加方式以及工業生產模式進行了設計。劉憲［15］將焦粉替代活性炭裝在吸附塔中進行吸附，吸附時間為3～4h，一旦吸附飽和，過濾設備中的焦粉更換無法進行機械化操作，完全是間歇式的加入和排出，人工用量和強度都極大。而且該設計未考慮過濾速度問題，若使用其推薦的方法所需吸附塔數量極大，實際布置操作都有一定難度。余柏林、凌亮以投加裝置將焦粉加入反應器（池）內進行吸附的方法［16，17］也值得商榷，因為焦粉來源于除塵站，粒徑極小，如果直接投加沒有做好防塵措施，可能造成粉塵的二次污染，而且焦粉密度小于水導致與焦化廢水攪拌混合難度大。

4結論與展望

綜上所述，焦粉對焦化廢水中的污染物有較強的吸附能力，但焦粉的投加量和投加方式存在一定的問題。后續的研究應該對焦粉物化性質進行更深入的分析，篩選吸附能力強的焦粉，并對焦化廢水分級分類處理，做到焦化企業自產焦粉的合理利用。另外，焦粉投加工藝應經濟實用、操作簡便、易于實現自動化，這對該工藝系統的設計提出了更高的要求。國內關于焦粉處理焦化廢水的實踐經驗較少，技術尚未成熟，各操作參數有待于優化論證。但不可否認的是焦粉有著巨大的使用價值，應進行更多的研究最終實現大規模工業化，突破焦化企業環保難關。

作者：王海峰 蔣召友 張秋丹 單位：西安華江環保科技股份有限公司