申请日2015.11.24
公开(公告)日2016.04.13
IPC分类号C02F9/14; C02F103/34; C02F1/469; C02F3/10; C02F1/52; C02F1/56
摘要
本发明公开了一种焦化废水处理系统及焦化废水处理方法，该系统包括依次设置的气能絮凝装置、至少一个多元催化氧化装置和至少一个生化装置。该处理方法包括如下步骤：气能絮凝前处理，以及一次或多次进行的如下步骤：多元催化氧化处理;生化处理。本发明的优点在于：焦化废水中有机物成分复杂、且含有较高浓度难生物降解有机物，单纯通过生化工艺不能使之降解，从而造成出水COD超标;焦化废水中含有较大量生物毒性物质，该类物质不仅不可生物降解，反而会对微生物造成抑制，影响微生物正常处理效果;除有机污染物外，焦化废水中还含有高浓度氨氮和总氮，对生物处理工艺正常运行也会产生影响。
权利要求书
1.一种焦化废水处理系统，其特征在于，包括依次设置的气能絮凝装置、至少一个多元催化氧化装置和至少一个生化装置。
2.如权利要求1所述的焦化废水处理系统，其特征在于，所述气能絮凝装置包括进水泵、三相涡流混合器一、空压机、三相涡流混合器二、三相涡流混合器三和三相涡流混合器四、絮体分离槽和刮渣机，第三相涡流混合器一与进水泵相连通，所述三相涡流混合器二与三相涡流混合器一相连通，所述三相涡流混合器三和三相涡流混合器二相连通，所述三相涡流混合器四和三相涡流混合器三相连通，所述絮体分离槽内设有竖直方向的隔板和水平方向的穿孔集水板，所述隔板将絮体分离槽内分成絮体成长区和絮体分离区，所述穿孔集水板设置于絮体分离区下部的清水区，所述第四三相涡流混合器与絮体成长区相连通，所述刮渣机设置于絮体分离槽的口部。
3.如权利要求2所述的焦化废水处理系统，其特征在于，所述三相涡流混合器二还与一空压机相连通。
4.如权利要求2所述的焦化废水处理系统，其特征在于，所述气能絮凝装置还包括渣槽和浮渣输送泵。
5.如权利要求1所述的焦化废水处理系统，其特征在于，所述多元催化氧化装置包括多元催化氧化反应槽，所述多元催化氧化反应槽内由下到上依次设有空气扩散装置和催化剂承托滤板，所述催化剂承托滤板上垂直设有两块阴极板和一块阳极板，所述阳极板设置于两块所述阴极板之间，多元催化氧化反应槽的口部设有布水槽，所述布水槽的一端与进水泵相连通，布水槽的另一端同时与一个回流阀和一个出水阀相连通，所述回流阀和出水阀由一个循环泵控制。
6.如权利要求1所述的焦化废水处理系统，其特征在于，所述生化装置包括：缺氧池、好氧池、鼓风机、硝化液回流泵、微孔曝气管、沉淀池和刮泥机，所述好氧池设置于缺氧池和沉淀池之间，并与缺氧池相连通，所述好氧池内装有生物填料，所述微孔曝气管设置于好氧池的底部，所述鼓风机与微孔曝气管相连通，所述硝化回流泵连通于好氧池和缺氧池之间，所述沉淀池内设有刮泥机。
7.一种基于权利要求1所述的焦化废水处理系统的焦化废水处理方法，其特征在于，包括气能絮凝前处理，以及一次或多次进行的如下步骤：
多元催化氧化处理;
生化处理。
8.如权利要求7所述的焦化废水处理方法，其特征在于，所述气能絮凝前处理具体包括如下操作：
在三相涡流混合器一、三相涡流混合器三和三相涡流混合器四中分别加入聚合氯化铝混凝剂、阳离子型高分子絮凝剂、阴离子型高分子絮凝剂，在三相涡流混合器二中通入压缩空气;
将焦化废水输入三相涡流混合器一中，使焦化废水依次经过三相涡流混合器一、三相涡流混合器二、三相涡流混合器三和三相涡流混合器四的絮凝后，通入絮体分离槽的絮体成长区;
在所述絮体成长区形成的浮渣在絮体分离槽中被槽顶设置的刮渣机刮出，在絮体分离槽底部由穿孔集水板收集干净的清液排出，进入下一道处理工序。
9.如权利要求7所述的焦化废水处理方法，其特征在于，所述多元催化氧化处理具体包括如下操作：
在多元催化氧化装置的催化剂承托滤板上铺装催化剂;
将经过气能絮凝的焦化废水输入布水槽，控制所述焦化废水的液位高于催化剂表面后停止进水;
通过空气扩散装置对反应槽内的焦化废水进行曝气充氧，同时对阳极板和阴极板分别进行正极和负极的输电，开始进行曝气反应;
待所述曝气反应进行至15～20min后，停止曝气充氧，开启循环泵，开始进行循环反应;
待所述循环反应进行至15～20min后，关闭循环泵、停止对阳极板和阴极板的供电，整个多元催化氧化反应结束，废水由出水泵提升至下一级多元催化氧化反应或排入后续生化处理装置。
10.如权利要求7所述的焦化废水处理方法，其特征在于，所述生化处理具体包括如下操作：
将经过多元催化氧化的废水进行缺氧处理;
所述缺氧处理结束后，进行好氧处理;
所述好氧处理结束后，进行沉淀絮凝;
所述沉淀絮凝结束后，污泥经污泥泵排出，上清液进行下一级处理。
说明书
焦化废水处理系统及焦化废水处理方法
技术领域
本发明涉及一种焦化废水处理系统及焦化废水处理方法，属于环境工程领域。
背景技术
焦化废水是原煤高温干馏、煤气净化和化学产品回收精制等过程产生的一种有毒有害、高浓度难降解有机废水，主要含有酚类化合物、脂肪族化合物、杂环化合物、多环芳烃、氨氮、硫化物、氰化物、硫氰化物等污染物。此前，焦化废水处理主要由除油、脱酚、蒸氨、生化等工艺组成，以去除废水中大部分有机污染物和氨氮。现今，随着《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012代替GB16171-1996)的实施，对焦化废水中CODcr、NH3-N、T-N、氰化物、多环芳烃、苯并(a)芘等污染物的去除提出了更严格的要求。
焦化废水达标处理是业内公认的难题，至今尚未有一套行之有效的标准工艺。将其处理过程分为“前处理、生物处理、深度处理”三个工艺段，描述国内目前处理技术现状和水平如下：
(1)前处理：焦化废水在废水站内的前处理包括重力隔油、均质均量、气浮除油等设施。当废水中含高浓度氰化物时需在前处理中采用铁盐沉淀法去除。气浮通常采用三相涡流混合器凹气浮或溶气气浮。
(2)生物处理：生物处理包括反硝化、硝化、COD降解、脱氰等功能，工艺形式包括A/O、A/A/O、O/A/O等。生物强化处理技术有投加特效菌种、投加生物酶、安装特殊生物填料、或采用膜生物反应器技术(MBR)等。
(3)深度处理：最常见的是投加特效药剂、高级化学氧化和膜分离技术。特效药剂包括混凝、絮凝、氧化、吸附等一种或多种功能。高级化学氧化以Fenton和臭氧催化氧化最为常见。膜技术一般采用纳滤或反渗透。此外，深度处理也有采用电絮凝、电解氧化等电化学技术。
上述三个处理阶段各阶段出水水质大致如下：
表1焦化废水各处理阶段水质情况
前处理生物处理深度处理CODcr(mg/L)2500～4000180～25080～150NH3-N(mg/L)150～2505～105～10T-N(mg/L)300～350150～200150～200
在生物处理工艺段，常见问题包括硝化功能不稳定和产生大量生物泡沫：
(1)焦化废水中含有酚、氰化物、硫氰化物及其他大量生物毒性物质，该类物质在特定浓度时会对硝化细菌产生抑制作用，导致生物处理出水NH3-N指标波动较大;且因硝化细菌生长速率较慢，一旦受到抑制，恢复至正常功能所需的时间较长。
(2)焦化废水生化处理(特别是活性污泥法)时产生大量泡沫，必须采用消泡剂或工业水进行消泡。采用上述消泡措施时，前者费用昂贵;后者会造成生物处理出水量大幅升高(升高幅度最高可达100%)，尽管出水污染物浓度降低但总量去除率不高。
在深度处理工艺段，各技术存在的问题如下表所示：
表2焦化废水深度处理技术存在问题
根据《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)，焦化废水处理至直接排放的主要污染物限值为：CODcr<80mg/L、NH3-N<10mg/L、T-N<20mg/L。根据目前焦化废水处理实际情况来看，仅仅通过强化生物处理，或者单纯依靠特效药剂、化学氧化等深度处理手段，均很难满足新标准的排放要求。此外，标准中要求的吨焦排水量减少，意味着目前经常采取的加入大量工业水稀释使焦化废水处理达标的手段将不再可行，且今后会越来越多地考虑将焦化废水进行回用甚至零排放。
对目前国内焦化废水处理普遍难以达标的原因分析如下：
(1)焦化废水中有机物成分复杂、且含有较高浓度难生物降解有机物，单纯通过生化工艺不能使之降解，从而造成出水COD超标;
(2)焦化废水中含有较大量生物毒性物质，该类物质不仅不可生物降解，反而会对微生物造成抑制，影响微生物正常处理效果;
(3)除有机污染物外，焦化废水中还含有高浓度氨氮和总氮，对生物处理工艺正常运行也会产生影响。
发明内容
本发明目的是提供一种焦化废水处理系统及焦化废水处理方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种焦化废水处理系统，其包括依次设置的气能絮凝装置、至少一个多元催化氧化装置和至少一个生化装置。
作为优选方案，所述气能絮凝装置包括进水泵、三相涡流混合器一、空压机、三相涡流混合器二、三相涡流混合器三、絮体分离槽和刮渣机，所述三相涡流混合器一与进水泵相连通，所述三相涡流混合器二与三相涡流混合器一相连通，所述三相涡流混合器三和三相涡流混合器二相连通，所述相涡流混合器四和三相涡流混合器三相连通，所述絮体分离槽内设有竖直方向的隔板和水平方向的穿孔集水板，所述隔板将絮体分离槽内分成絮体成长区和絮体分离区，所述穿孔集水板设置于絮体分离区下部的清水区，所述三相涡流混合器四与絮体成长区相连通，所述刮渣机设置于絮体分离槽的口部。
该气能絮凝装置采用三相涡流混合器流三相混合器作为核心部件，一步完成药剂分子拉伸提效、混凝絮凝搅拌(污染物捕集)、絮体形成、气泡晶核生成和超轻中空化絮体形成的所有步骤。从而利用精确少量的化学药剂，充分捕集水中污染物;同时形成比重极轻的中空絮体，浮升至池体表面被刮除。
气能絮凝技术与传统气浮技术的本质区别在于气泡与絮体的接触形式不同：后者采用简单的“气泡与絮体接触附着”，气泡易于与絮体发生脱附;而前者采用“絮体气泡生长技术”——气泡在絮体内部和周边生成晶核生长，两者成为有机一体。
作为优选方案，所述三相涡流混合器二还与一空压机相连通。
作为优选方案，所述气能絮凝装置还包括渣槽和浮渣输送泵。
作为优选方案，所述多元催化氧化装置包括多元催化氧化反应槽，所述多元催化氧化反应槽内由下到上依次设有空气扩散装置和催化剂承托滤板，所述催化剂承托滤板上垂直设有两块阴极板和一块阳极板，所述阳极板设置于两块所述阴极板之间，多元催化氧化反应槽的口部设有布水槽，所述布水槽的一端与进水泵相连通，布水槽的另一端同时与一个回流阀和一个出水阀相连通，所述回流阀和出水阀由一个循环泵控制。
多元催化氧化技术是结合高级氧化技术和高级催化技术、电控技术和相应固体催化剂的研究，综合采用钛基涂层电极、固定复合催化剂及脱附技术研制开发的新型水处理设备。其工作原理描述如下：在常温常压条件下，通过直流电源在特殊涂层电极之间形成电磁场，并通过电极间填充的固体复合催化剂形成多元电极效应，在氧气、催化剂的协同作用下，高效快速地促进羟基自由基(·OH)的生成。·OH具有极强的氧化能力，利用其极高的氧化电极电位，容易进攻有机物分子的高电子云密度点，无选择地把高浓度难生物降解的有机污染物破环断链，氧化成CO2、H2O或简单的有机物。
作为优选方案，所述生化装置包括：缺氧池、好氧池、鼓风机、硝化液回流泵、微孔曝气管、沉淀池和刮泥机，所述好氧池设置于缺氧池和沉淀池之间，并与缺氧池相连通，所述好氧池内装有生物填料，所述微孔曝气管设置于好氧池的底部，所述鼓风机与微孔曝气管相连通，所述硝化回流泵连通于好氧池和缺氧池之间，所述沉淀池内设有刮泥机。
一种基于前述的焦化废水处理系统的焦化废水处理方法，其特征在于，包括气能絮凝前处理，以及一次或多次进行的如下步骤：
多元催化氧化处理;
生化处理。
焦化废水先经重力隔油池去除重油和浮油，再经气能絮凝装置去除乳化油，降低浊度，然后进入调节池均衡水质水量。
调节池中废水经泵提升入一级多元催化氧化装置，利用反应过程中生成的强氧化剂羟基自由基[·OH]，对焦化废水中烯酮类、酚类、稠环芳烃类、含氮杂环类化合物(如喹啉、吲哚、吡啶、蒽、醌等)及硫化物、氰化物等毒性物质进行氧化，削减其生物毒性，并使难降解有机物开环断链，提高其可生化性。
一级多元催化氧化出水进入一级生化处理，一级生化采用A/O(缺氧/好氧)工艺，在缺氧段利用进水中的可同化碳源进行反硝化脱除总氮，同时大部分酚类物质被完全降解转化;在好氧段中，COD进一步氧化降解(大部分烯酮类物质被完全去除)，NH3-N进行硝化反应，硝化液回流至缺氧段中。
为满足T-N和COD的排放要求，设置第二级多元催化氧化工艺进行焦化废水深度处理：对废水中残余难降解有机物进行氧化，将其转化为可生物降解物质或直接去除;利用生成的可生物降解物质及补充的碳源在后续二级生化A/O(缺氧/好氧)工艺中进行反硝化脱除总氮。最终出水水质能达到新排放标准限值。
当然，若一次多元催化氧化后或一次生化处理后的焦化废水的理化指标可以达到相应标准，可不对废水进行后续的多元催化氧化或生化处理。
作为优选方案，所述气能絮凝前处理具体包括如下操作：
在三相涡流混合器一、三相涡流混合器三和三相涡流混合器四中分别加入聚合氯化铝混凝剂、阳离子型高分子絮凝剂、阴离子型高分子絮凝剂，在三相涡流混合器二中通入压缩空气;
将焦化废水输入三相涡流混合器一中，使焦化废水依次经过三相涡流混合器一、三相涡流混合器二、三相涡流混合器三和三相涡流混合器四的絮凝后，通入絮体分离槽的絮体成长区;
在所述絮体成长区形成的浮渣在絮体分离槽中被槽顶设置的刮渣机刮出，在絮体分离槽底部由穿孔集水板收集干净的清液排出，进入下一道处理工序。
经重力隔油后的焦化废水经泵提升至气能絮凝装置进行预处理，气能絮凝的功能是去除废水中的乳化油、浊度及部分胶体类有机污染物。
作为优选方案，所述多元催化氧化处理具体包括如下操作：
在多元催化氧化装置的催化剂承托滤板上铺装催化剂;
将经过气能絮凝的焦化废水输入布水槽，控制所述焦化废水的液位高于催化剂表面后停止进水;
通过空气扩散装置对反应槽内的焦化废水进行曝气充氧，同时对阳极板和阴极板分别进行正极和负极的输电，开始进行曝气反应;
待所述曝气反应进行至15～20min后，停止曝气充氧，开启循环泵，开始进行循环反应;
待所述循环反应进行至15～20min后，关闭循环泵、停止对阳极板和阴极板的供电，整个多元催化氧化反应结束，废水由出水泵提升至下一级多元催化氧化反应或排入后续生化处理装置。
作为优选方案，所述生化处理具体包括如下操作：
将经过多元催化氧化的废水进行缺氧处理;
所述缺氧处理结束后，进行好氧处理;
所述好氧处理结束后，进行沉淀絮凝;
所述沉淀絮凝结束后，污泥经污泥泵排出，上清液进行下一级处理。
因此，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)采用气能絮凝技术作为焦化废水前处理，气能絮凝独有的三相涡流混合器流三相混合技术可以最大限度地利用化学药剂、充分捕捉细小污染颗粒及胶体，对焦化废水浊度去除率高，能有效保障后续多元催化氧化和生化的进水水质要求。
(2)多元催化氧化技术能以较低的能耗产生强氧化剂羟基自由基[·OH]，相比其它高级氧化技术，反应条件温和、反应过程无需使用任何化学药剂、且不产生污泥或浓缩液。
(3)采用气能絮凝和多元催化氧化进行焦化废水生化前处理，能有效降低废水生物毒性、降低生化处理负荷、并提高废水可生化性，使后续生化处理变得简单高效。
(4)采用多元催化氧化作为生化前处理后，生化装置曝气池表面泡沫量相比生化装置直接处理焦化废水要大幅减少甚至基本没有泡沫，无需采取任何消泡措施。
(5)工业性试验表明，采用本技术路线对焦化废水进行处理，出水CODcr、NH3-N和T-N分别小于80mg/L、10mg/L和20mg/L，满足《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)的要求。
