大孔径树脂在焦化尾水处理上的研究
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摘要：焦化废水是一种典型的难降解有机废水，一直是国内外废水处理领域的一大难题，目前国内处理工艺出水达不到排放要求，需要研发新的处理工艺。文章通过一种新型大孔径树脂中试阶段研究成果介绍了树脂吸附法在焦化废水深度处理这一领域的应用。
关键词：焦化废水；大孔树脂；吸附工艺
中图分类号：TQ464 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）28-0082-02
1 工艺选择
1.1 焦化废水的水质特点及治理的必要性
众所周知，焦化废水处理一直是废水处理行业一大难题，因为焦化废水成分十分复杂，焦化废水所含溶解性有机物和无机物有100多种。废水呈深棕色，主要含酚、氰化物、苯、氨氮、焦油和硫化物等有毒有害物质，还含少量萘、吡啶、喹啉、吲哚、蒽、咔唑以及一些以盐类形式存在的无机物。
在国内，焦化厂的废水处理系统主要分为一级处理和二级处理，采用三级处理的还很少。一级处理是指采用氨水脱酚、氨水蒸馏、终冷水脱氰等方法对剩余氨水和终冷水中高浓度的氨和酚进行分离和回收，目的是降低废水中污染物浓度，避免对微生物产生毒害和抑制作用。二级处理主要指酚氰污水无害化处理。
随着今年来焦炭产能的不断扩大，废水不断增加，现有的焦化系统长期超负荷运作，造成系统水力停留时间不足、抗冲击能力差、处理效果波动大，随着国家排放指标的日益严格，这些经过二级处理过后的出水还需再经深度处理后才能达标排放。
20世纪90年代中期以来，我国各个焦化厂纷纷对原有生物处理系统进行改造，开始应用A-O、A-A-O、SBR生物脱氮技术处理焦化废水，处理后出水COD为200～300mg/L，NH3-N≤25mg/L，在氨氮等方面基本可以控制在国家排放标准，但是在COD和色度等方面处理效果欠佳。
1.2 工艺简介
就目前而言三级处理的方法主要有臭氧氧化法、催化氧化法、超临界水氧化法、超声辐射法、Fenton试剂氧化法、混凝法、膜分离法、活性炭吸附法等，这些方法或多或少存在着以下三个问题：（1）处理效果不稳定；（2）处理费用高昂；（3）处理工艺复杂，有造成二次污染的情况出现。综合以上这些问题使得寻找有效的处理手段迫在眉睫，树脂吸附法都可以得到有效的解决。
树脂吸附法是利用分子间产生的作用力来达到降解有机物的物化结合的方法，之前被广泛应用于化工、制药、钢铁等领域，形成了一套比较系统的工艺，但在焦化废水处理上比较少见，因为原有的树脂不能够达到处理要求，这也相应研究开发出了拥有更大的比表面积和优良的孔结构新型的树脂，我们针对这种树脂做了针对性的工艺设计并采取了实际的中试试验。以下就是这种拥有以上特点的新型大孔径树脂在焦化废水深度处理的中试试验。
2 实验内容
2.1 废水概况
根据实验要求，我们选取了比较有代表性的试验用水，试验采用的废水为某钢厂焦化厂生化处理系统二沉池出水，设计进出水水质见表1：
表1 设计进出水水质指标
pH COD 色度
设计进水指标 6～9 ≤150 ≤100
设计出水指标 6～9 ≤60 ≤5
2.2 工艺简介
某钢厂焦化废水处理的主体工艺为蒸氨预处理除
油生化处理，此工艺为国内焦化废水处理的主流工艺，大部分焦化企业均采用此工艺。
在此之前我们也采集水样进行了实验室小试，并根据现场监测数据实际情况，我们选择混凝沉淀、过滤除悬浮物，树脂吸附除微量有机物的工艺思路，并结合制定了行之有效的试验方案，试验结果表明，此工艺可靠性高，出水水质稳定。
图1 生化尾水树脂吸附处理工艺流程
树脂吸附工艺流程见图1。树脂、焦化生化尾水、三级搅拌混凝沉淀槽、树脂吸附柱、砂滤器、废水提升泵（吸附使用）、卧式离心泵（脱附使用）、混凝剂和助凝剂、30%液碱（脱附使用）。
焦化废水生化处理系统的二沉池出水虹吸自流进入混凝沉淀槽，由计量泵连续投加PAC与PAM溶液，经过三级搅拌后进入沉淀区，产生的污泥运至污泥浓缩池压成泥饼外运。
沉淀后上清液由提升泵打入石英砂过滤器（流量控制在160L/h左右），去除水中剩余的少量悬浮物后进入复合功能树脂吸附柱，废水经树脂的吸附作用后去除COD与色度后排出。
当树脂吸附饱和后，加入脱附剂NaOH溶液与活化剂对树脂进行脱附再生，需要注意的是再生需对温度控制在40℃左右，是为了让树脂与脱附剂之间保持交换活性，再生过的树脂继续进行下一个吸附周期。
此实验采取24h不阶段操作，每隔8h取进出水样一次，对比处理效果。
图2 每批次吸附实验系统进出水COD平均浓度
3 实验小结
历时2个半月，6个批次的试验，共处理约240吨废水，从6个批次的稳定性实验来看，每批次的吸附比例大约为1∶1000（1L树脂处理1000L废水）为一个周期，经过脱附后继续下一个循环，可以说混凝沉淀+砂滤工艺对悬浮物的去除效果较为明显。树脂吸附工艺处理焦化尾水，效果比较稳定，出水水质较好，每批次树脂吸附实验进出水COD平均浓度变化情况见图2，由图可以看出在6个批次实验中进水COD平均浓度在130～190mg/L之间，吸附出水COD平均浓度在40～53mg/L之间，平均值为43mg/L；试验系统对COD的平均去除率保持在70%左右；出水色度低于5倍，见图3，且树脂无累积破碎的现象发生，说明这套工艺稳定
可行。
图3 每批次吸附实验系统进出水色度平均值
4 结语
树脂吸附在焦化废水深度处理这一领域属于新的技术，根据焦化废水水质特点，生化尾水中所含有机物浓度较低，已很难用常规的生化和物化方法进行深度去除。对焦化废水采用树脂吸附工艺进行深度处理，能有效地降低COD浓度与色度，经脱附剂再生的树脂能循环利用，对比其他深度处理工艺，在经济性上面处理成本在1元/吨以下，对比目前的深度处理工艺，基本维持在1.5元/吨以上，而且在二次污染上能够严格控制，废液不需另外处理可直接重新进入原有的二级处理系统，采用的传统树脂吸附工艺在操作性上简易成熟稳定。这些特点也正是广大企业所需要的，通过焦化废水处理达标排放能够提高企业形象，取得很好的社会效益。这种大孔径新型树脂的市场化可行性操作前景很大。