问题:
关键词:焦化废水,减压蒸馏,化学需氧量,氨氮,酚类化合物
● 参考解析
在我国,炼焦工业是一个非常发达的行业,每年焦化厂产生的焦化废水占全国工业废水总量的比重非常大。该水成分复杂多变,矿化度高,生物难降解污染物众多,特别是COD、NH3-N等指标远远高于本国规定的排放标准,是一类极难处理的工业废水。目前,国内大部分焦化厂仍旧采用常规的生物法处理该废水,但无法有效的同时降低水中的上述污染指标。因此针对焦化废水的特点,开发高效、可行的新处理方法是现今国内外迫切研究的热点问题。
考虑到焦化废水外排时自身带有一定废热的特点,本文介绍了一种以实验室规模的减压蒸馏装置结合反应药剂处理焦化废水的新方法。该法不仅充分利用了废水的余热,降低了能耗,还具有将化学反应与污染物分离一步同时进行的优点,为解决焦化废水处理这一全球难题提供了一条新途径。在本次实验中,考虑到焦化废水组成复杂多变的特点,我们首先对采集的焦化废水样品进行了全面的水质分析,得出实验所用废水为高化学需氧量(COD)、高氨氮(NH3-N)和高含盐量的三高极难处理废水,另由GC/MS结果可知酚类是其中最主要的污染物。基于上述结果,我们确定COD、NH3-N和电导率三个重要参数作为评价减压蒸馏处理焦化废水优劣的指标。其次,我们研究了单一减压蒸馏工艺处理焦化废水的实验效果,详细考察了减压蒸馏操作中的几个关键因素——系统真空度、废水温度和温度梯度对减压蒸馏处理效果的影响。最后由实验结果可知,提高系统真空度和降低温度梯度有利于获得优质的蒸馏流出液,其中NH3-N和无机盐指标均已大幅降低,符合国家制定的有关焦化废水二级排放标准,但是低温度梯度下蒸发速率较低,降低了减压蒸馏处理的使用效率。因此,综合考虑处理效率和能耗等因素,宜选择相对较高的真空度和适中的温度梯度作为减压蒸馏处理焦化废水的最佳工艺条件,本次选取的最佳条件为真空度-85 kPa,温度梯度11 oC。
另一方面,在上述空白实验中,所有流出液的COD仍然远高于规定的排放要求,由GC/MS结果可知是冷凝液中仍含有大量的酚类污染物,且以苯酚为主。酚类物的高挥发性是减压蒸馏难于将其与水分离的主要原因,为改善减压蒸馏的处理效率,我们首先试用Fe2(SO4)3, V2O5, K2Cr2O7和KMnO4作为氧化剂添加入蒸馏装置中,最终V2O5, K2Cr2O7和KMnO4改性的减压蒸馏体系获得令人满意的COD去除率,蒸馏处理180 min后冷凝液的COD去除率分别达到了98.5%,93.6%和98.3%,对应的UV吸收数据也与之相符,同期其它污染指标也达到要求。其次,我们又选取了NaOH和Ca(OH)2两种碱作为改性剂添加到蒸馏体系中去,也收到更令人满意的效果;特别是NaOH改性的体系,在碱用量为2.0 g,蒸馏操作参数分别为真空度-85 kPa和温度梯度11 oC时,蒸馏三小时后冷凝液的COD去除率达到99.7%,而改性剂的添加未对冷凝液的氨氮值造成较大的影响。
基于上述实验结果,我们可得出减压蒸馏工艺结合适量的碱是一种可行、经济的处理焦化废水新方法,该工艺能一次性去除废水中的多种有机、无机污染物,一步实现达标排放。目前,我们的工作为实现减压蒸馏工艺处理焦化废水奠定了坚实的理论及实验依据。
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