焦化废水处理技术及其发展文献综述

焦化废水处理技术及其发展文献综述焦化废水处理技术及其发展文献综述 前言前言 焦化废水的定义是焦化厂在炼焦过程中各环节所产生的废水的统称，废 水的主要来源有三个，分别是在煤干馏时期、 荒煤气的回收和净化阶段以及化学 产品的回收阶段。废水中含有大量的氮、磷、硫等无机盐污染物，另外也含有大 量的不可降解的有机物如酚类、油类、联苯类、吡啶、吲哚和喹啉等。这些污染 物的超标排放会对水产业，农业以及人类的生活饮水带来巨大危害，因此，如何 治理焦化废水成为焦化行业所面临的一个重要的问题。 本文就目前各种焦化废水 的治理方法做一个综述，介绍一下近年来焦化废水治理技术的发展。 主题主题 焦化废水处理技术主要包括物理化学法、生物化学法和化学处理法，由 于焦化废水中所含的污染物的种类多，污染量大，导致目前大多数技术只是出于 实验室的中试阶段，并未大量投入到工业生产中。 1 1 物理化学处理法物理化学处理法 物理化学法主要包括吸附法和混凝法和其他的一些新的方法。 吸附法吸附法 吸附法处理废水的原理是利用了吸附剂的多孔特性， 吸附废水中的一种或多种 物质，将污染物从废水中除去，常用的吸附剂主要有活性炭[1]、硅藻土[2]和粉煤 灰[3]等。活性炭[4]是一种多功能材料由于活性炭具有表面积大、疏松多孔[5]的特 性，这使得它成为最好的吸附剂[6]。而硅藻土由于具有独特的壳体结构、比表面 积大、孔隙度高等优点，也被广泛应用于废水的处理上面。至于粉煤灰，则是由 燃煤锅炉及火力发电厂所排放出的工业废渣，它的成分因来源不同而各不相同， 作为一种新型的废水处理剂，可以很好的去除废水中的各种阴、阳离子及有机污 染物[7]。 混凝法混凝法 混凝法是通过向废水中加入混凝剂[8]，通过混凝剂的水解作用产生氢氧化物胶 体和水合配离子，这两种物质能使水中的污染物发生凝聚作用，产生沉淀，然后 被除去。常见的混凝剂有铝盐、铁盐[9]等，还有一种新型的碱式稀土混凝剂[10]， 通过与其他传统的混凝剂如聚合硫酸铁相比较， 碱式稀土混凝剂有着更为理想的 效果，相信会慢慢的得到更深入的推广[11]。 对于以上两种物理化学的焦化废水处理方法来说， 都能有效去除废水中的污染 物，对于混凝法来讲，它的优势在于操作费用低，并且可以进行间歇操作和连续 操作，并且能降低废水的COD 和色度;对于吸附法来讲，处理成本较高，并且吸 收剂的再生比较困难，对于高浓度的废水来说，处理效果不好[12]。 烟道气处理焦化废水烟道气处理焦化废水 这是一种心形的废水处理方法， 是由江苏淮钢集团在焦化剩余氨水处理中所使 用的一种方法[13]。它将水中的污染物（特别是有机污染物）通过气固分离的方式 除去， 即将废水气化而污染物固体则被剩下排出。 这种方法实现了废水的零排放， 并且烟道气的排放也达标，被称作“以废治废”，具有投资少，效果好的特点。 萃取法萃取法 萃取法的原理是利用废水中的污染物质在萃取剂中溶解度的不同来分离出污 染物质[14]。 萃取法的主要对象是污染物中的酚类化合物， 由于萃取剂对络合物的 分配系数太低，并且二次污染较严重，在这种背景下，新近提出了膜分离萃取法 [15]和络合离心萃取法[16]，效果更好。 2 2 化学处理法化学处理法 焚烧法焚烧法 这是一种早期处理焦化废水的方法， 比较古老，方法是将将废水以雾状喷入高 温燃烧炉内，使废水完全气化，使废水中的有机物分解为无污染的CO 2 和 H2O 以及无机废渣，达到处理的目的。焚烧法的优点是处理效率高，没有二次污染， 缺点则是处理的费用较高，不经济[17]。 臭氧法臭氧法 臭氧法是利用臭氧的强氧化能力将焦化废水中的污染物质氧化为无害物质， 由 于臭氧能和大多数的有机物和微生物发生作用 [18]，此方法能够得到较为纯净的 物质。并且由于臭氧的量一般都会过量，过量的臭氧会在水中分解氧气，不会对 水造成二次污染[19]。但是臭氧法同样存在着有一些缺点，比如投资高、对电力 的消耗过大，在进行臭氧处理时对设备要求较高，会容易发生泄漏，从而对环境 造成影响[20]。另外臭氧法主要适用于对焦化废水的深度处理中。 FentonFenton 试剂法试剂法 Fenton 试剂法利用的也是它的氧化性，其中 Fenton 试剂的组成是 H 2O2和二价 的 Fe 离子[21]。其分解产生的羟基对废水中的难生物降解的物质能起到很好的氧 化作用。它的作用机理是自由基理论。由于 Fenton 试剂反应迅速，在很短的时 间内就能降低焦化废水中的 COD 含量[22]。并且一个合适的配比对脱除结果也显 得尤为重要。 这种方法的优点是既不需要特定的反应系统，它的产物也不会产生 二次污染。并且由于三价的 Fe 离子能与 OH 根离子产生沉淀，从另一方面也会 对污染物有一定的脱除作用[23]。近年来，为了有更好的脱除效果，Fenton 试剂 也被用来和其他的试剂一块加入到废水中去[24]。例如 Fenton 试剂法和吸附法[25] 联合使用，Fenton 试剂法和混凝法[26]的联合使用，Fenton 试剂法和超声[27]的联 合使用等。这些方法的联合产生了更好的脱除效果。 光催化氧化法光催化氧化法 光催化氧化法是近几年来快速发展的一项技术，经过大量的实验证明，光催化 技术能够分解掉焦化废水中几乎所有的有机污染物，将它们氧化为 H 2O、CO2和 无机离子[28]。光催化氧化法有以下特点 OH 是在光催化氧化中起到决定作用 的活性氧化物质，氧化能力强，也正因为它的存在，使得光催化技术有广大的适 用范围，对绝大多数的有机污染物有着分解作用[29]。纳米二氧化钛[30]是主要的 光催化剂， 由于它具有催化活性高、 性质稳定等特点被大量应用于光催化领域中。 但由于直接将二氧化钛投入到焦化废水中的话处理效果较差，因此，选择合适的 催化剂的载体变得至关重要，例如利用膨润土作为二氧化钛的载体的主体，利用 加碳焙烧法制备二氧化钛的载体， 再利用紫外线照射焦化废水就能有效解决这个 问题。 与化学不同的是， 光催化氧化法在其反应过程中没有加入其他的化学物质， 不会对处理的水体造成二次污染，并且易于控制反应的开始与结束。除此之外， 能耗低是光催化氧化法的另一个优势，并且可以利用太阳能作为光源，反应条件 温和，是一种很高效的焦化废水处理技术[31]。但是光催化技术仍然存在着一定 的技术难题， 比如解决光催化剂与废水的即时分离问题，制约着光催化技术的发 展[32]。 湿式催化氧化技术湿式催化氧化技术 湿式催化氧化技术是一种治理高浓度焦化废水的新型处理技术， 它起源于上世 纪的八十年代，是在一定的温度和压力下，经过催化剂的催化作用，液相中利用 空气或者氧气作为氧化剂，把废水中的呈现溶解态或者是悬浮态的 N、S 等有毒 物质及有机污染物氧化为无毒物质[33]。它的产物有 H 2O、CO2、和 N2。湿式催化 氧化技术的催化剂主要是复合负载型催化剂[34]。它的制备方法采用的是浸渍法 [35]。按照一定实验的比例将硝酸铜、 硝酸钴、硝酸镧配制成浸渍液，再加入载体 和尿素， 最后经过水浴加热和干燥即可制得。湿式催化氧化技术的优点是流程简 单、净化效率高、占地面积小。能使焦化