CN101544421A

CN101544421A - 一种处理焦化废水的方法

Info

Publication number: CN101544421A
Application number: CN200810035057A
Authority: CN
Inventors: 侯红娟; 董晓丹; 李恩超; 黎洁
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: CN101544421B

Abstract

本发明提供了一种处理焦化废水的方法，包括以下步骤：(1)对高炉渣和钢渣进行筛分；(2)将筛分后的高炉渣和钢渣填装在生物反应器内，所述高炉渣所占的比例为0～100％；(3)生物反应器的驯化启动；及(4)将焦化废水引入好氧生物反应器。本发明方法在处理焦化废水、降低废水处理成本的同时，达到了高炉渣和钢渣资源化利用的目的。

Description

一种处理焦化废水的方法

技术领域

本发明属于环境保护与资源化领域，具体地说，本发明涉及焦化废水的处理及高炉渣和钢渣的二次利用。

背景技术

焦化废水的成分复杂多变，COD、NH₃-N浓度较高，有机物成分复杂，含有大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物，还含有氰、无机氟离子和氨氮等有毒有害物质，污染物色度高，而且在水中以真溶液和准胶体的形式存在，性质稳定。废水中的COD和色度较难去除，因此焦化废水的处理一直是国内外废水处理领域的一大难题。

目前，对焦化废水多采用生物法进行处理，常用的工艺主要有A/O和A/A/O及其各种改良型。因生产工艺、原料等的差异，不同企业焦化废水中NH₃-N的含量差别很大，一般均在100mg/L以上，有的高达300mg/L以上。1mg/L NH₃-N硝化为NO₃ ^--N需要消耗7.14mg的碱度(以CaCO₃计)，为保证微生物处于适宜的生长环境中，必须额外投加碱性物质如Na₂CO₃、NaHCO₃或NaOH等，以补充硝化过程中消耗的碱度。

焦化废水中氟离子的含量一般在50mg/L以上，常规的生物处理工艺对氟离子几乎没有去除效果，为满足排放标准，需要采用物化措施做进一步的处理。对于含氟废水，其处理工艺主要有：吸附法、电凝聚法、反渗透法、离子交换法、化学沉淀法和混凝沉淀法等。其中，吸附法主要用于对饮用水的处理；离子交换法费用高，且对废水水质要求严格；电凝聚法及反渗透法装置复杂，耗电量大，极少采用。因此，对于氟离子浓度较高的工业废水，经常采用化学沉淀法和混凝沉淀法。

化学沉淀法一般采用钙盐(如硫酸钙和氯化钙)或石灰，但形成的CaF₂颗粒较小，不容易沉淀，而且会包裹在Ca(OH)₂或CaSO₄的表面，使之不能充分利用，因此用量比较大。即使使用溶解性较好的CaCl₂，其用量一般也需维持在理论用量的2～5倍，这主要是因为Ca²⁺和F^-生成CaF₂的速度较慢，为加快反应速度，需加入过量的Ca²⁺。新形成的CaF₂微细晶粒本身具有一定的溶解度(18℃时为16.3mg/L)。此外，由于废水中某些组分如CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、SiO₄ ^4-等阴离子吸附在新形成的CaF₂微细晶粒表面，会减缓CaF₂晶粒的进一步生长，致使CaF₂沉淀不易从水中析出。因此，处理后的出水中氟质量浓度一般在20～50mg/L之间，仍高于《国家污水综合排放标准》GB8978-1996的一级标准(10mg/L)，尚需进一步处理。

生物铁法是向生物反应器或进水中加入一定量的铁盐，经培养驯化成生物铁污泥，以提高普通生物法处理废水的效能，强化和扩大净化功能的方法。检索国内外相关专利及发表的文章得知：目前生物铁用料主要是铁盐、铸铁、铁屑等几种。多用于制革废水、印染废水、制药废水等难生物降解废水的生物处理中，强化对COD、SS等的处理效果。研究表明：投加铁离子与不投加铁离子时相比，污水中COD_Cr去除率将提高15—20％。

在钢铁企业中，高炉渣和钢渣是第一、第二大固体副产品。据估计，我国2007年将有上亿吨的高炉渣产生，钢渣的年产出量至少为5000万吨。到目前为止，高炉渣主要用于建材行业如混凝土、水泥的掺和料以及制作矿渣棉等，少量用于开发硅肥等领域；钢渣二次利用最好的途径是作为高炉、转炉原料，在钢铁厂内自行循环使用，但利用量有限，此外，还可用于道路工程、建材原料及填坑造地等。高炉渣和钢渣中大量的有价元素未得到充分的利用，总体来说，其利用的附加值比较低。

高炉渣和钢渣本身无毒害作用，且表面粗糙，具有一定的孔隙度，有利于微生物附着生长，可以作为废水处理的填料；高炉渣和钢渣中的CaO、MgO等碱性物质的缓慢释放可以起到补充碱度的作用，同时释放到水中的铝盐还具有絮凝作用，可改善老化生物膜的沉降性能，溶解到水中的钙还具有除氟功能；高炉渣和钢渣中的铁，在物理、化学及微生物的共同作用下可以缓慢地释放出来，形成稳定的生物铁源，发挥生物铁的作用。因此，如能将高炉渣和钢渣应用于污水处理中，既可实现以废治废、降低污水的处理成本，又可开辟高炉渣、钢渣新的应用领域，减少其堆放量。

因此，本发明的目的在于提供一种利用高炉渣和钢渣处理焦化废水的新方法。

发明内容

本发明提供一种处理焦化废水的方法，包括以下步骤：

(1)对高炉渣和钢渣进行筛分；

(2)将筛分后的高炉渣和钢渣填装在生物反应器内，所述高炉渣所占的比例为0～100％；

(3)生物反应器的驯化启动；及

(4)将焦化废水引入好氧生物反应器。

所述筛分可采用筛分机进行。

所述步骤(1)包括将所述高炉渣和钢渣筛分成粒径为3～5mm、5～10mm、10～20mm和20～50mm的几组颗粒填料。

所述填料的填装可采用一种粒径范围或采用不同粒径范围组合填装。采用两种或两种以上的粒径组合，可以适应不同的废水处理要求。当进水悬浮物浓度较高，水质较差时，为防止填料被堵塞，使粒径较大的填料占比较大的比例；当进水中悬浮物的浓度较低，水质较好时，使粒径较小的填料占较大的比例，以增加介质面积，提高微生物浓度，增强过滤作用，提高对污染物的去除效果。

所述生物反应器可选自曝气生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池或生物滴滤池。

所述生物反应器的驯化启动可采用自然挂膜法、接种法、循环挂膜法或快速排泥挂膜法。

所述焦化废水可从生物反应器底部泵入，顶部流出。

当所述反应器中填料减少或出水pH偏低时，可添加或更换新的高炉渣和钢渣填料，以维持系统正常运行。

从物理特性上讲，高炉渣和钢渣的强度较大，内部含有许多微孔，具有较高的比表面积，而且表面比较粗糙，易于生物膜附着生长。从化学成分上讲，高炉渣的主要成分为CaO和SiO₂，还有Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃、MnO，此外还包含少量的P等元素(见表1)；钢渣的主要化学成分为有CaO、MgO、Al₂O₃和TFe，还含有少量的SiO₂、MnO、S和P₂O₅等(见表2)，这些物质都是微生物生长过程中所需要的微量元素。

表1 高炉渣的主要化学成分(％)

注：数据是以宝钢的高炉干渣为例。

表2 转炉钢渣的化学成分(％)

注：数据足以宝钢的转炉渣为例。

焦化废水中含有大量的氨氮和有机氮，在好氧反应过程中会转化为硝态氮，同时需要消耗大量的碱度，为维持系统中的pH为中性，需要投加碱性物质如碳酸钠等。由于高炉渣中的CaO为结合态，释放比较缓慢，单独作为填料时，如果所处理的水中氨氮含量较高时，其释放出的碱度不能完全抵消硝化消耗的碱度，造成出水pH偏酸性，仍然需要投加碱液；而钢渣中含有部分的游离CaO，与水接触后会迅速释放到水中，单独使用时出水pH常升高至10以上。根据所处理的焦化废水的水质情况，将高炉渣和钢渣按照一定比例混合处理焦化废水，使得高炉渣和钢渣释放出的碱度正好可以补充焦化废水硝化过程中消耗的碱度，从而可以取消碱液的投加，节约系统的运行费用。

高炉渣、钢渣中的CaO以及生物反应过程中释放的钙盐可以同焦化废水中的F^-反应生成CaF₂沉淀，从而达到除氟的目的。采用化学沉淀法除F^-时，一个很大的问题就是反应生成的CaF₂颗粒较小，致使CaF₂沉淀不易从水中析出，造成出水中F^-偏高；而以高炉渣和钢渣作为生物反应器的填料，生成的CaF₂颗粒可以作为生物膜污泥的晶核，同时微生物分泌的胞外粘液层可以将多个CaF₂颗粒絮凝在一起，形成沉降性能良好的粒径较大的污泥颗粒，随水流的冲刷或反冲洗等排出系统，通过沉淀分离，因此出水中F^-浓度较低。

此外，高炉渣和钢渣中的铁在物理、化学及微生物等的共同作用下，缓慢地释放出Fe²⁺、Fe³⁺，起到生物铁的作用，因此可以提高生物处理系统对COD等的去除效果。

因此采用高炉渣和钢渣组成的混合填料处理焦化废水，不仅可以省去补充碱度、除氟以及铁盐投加的药剂费用，还可以节约这些药剂的投加及溶解设备费用(铁盐大多具有很强的腐蚀性，如三氯化铁，药剂投加过程中所需的泵、管道以及储药罐等设备都要求是抗腐蚀的，造价比较高)。在实现高炉渣、钢渣资源化利用的同时，减少了污水处理的投资和运行费用。

有益效果

本发明深入挖掘高炉渣和钢渣的吸附沉淀性能及有价成分(Fe、CaO、Al₂O₃以及MgO等)，使得高炉渣和钢渣组成的混合填料同时具有提供碱度、除氟以及提供微生物生长的稳定铁源和高效载体等多种功能，达到既提高废水处理效果又降低废水处理成本的目的，实现了以废治废，高炉渣、钢渣资源化再利用的目的，开辟了高炉渣和钢渣在焦化废水处理领域中的新的应用。

具体实施方式

以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1

填料全部采用高炉渣，粒径范围5～10mm。采用曝气生物滤池，系统水力停留时间50h，处理某焦化厂的焦化废水。焦化废水进水水质pH8.44～8.67、COD1028～1560mg/L、NH₃-N145～202mg/L、F^-43～65mg/L。经高炉渣反应器处理后，出水水质达到：pH6.68～7.05、COD156～237mg/L、NH₃-N0～3.2mg/L、F^-9.5～16.7mg/L。出水pH和NH₃-N可以满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级排放标准，出水中的F^-可以满足低氟地区的二级排放标准。

实施例2

高炉渣和钢渣的比例采用90％：10％。采用曝气生物滤池，反应器下部装填50％粒径10～20mm的混合渣，上部装填50％粒径5～10mm的混合渣，系统水力停留时间60h，对某焦化厂的焦化废水进行处理。进水水质：pH8.08～9.26、COD1488～2570mg/L，NH₃-N137～375mg/L，F^-44～81mg/L。经高炉渣和钢渣混合填料反应器处理后，出水水质达到：pH6.75～7.42、COD232～338mg/L，NH₃-N0～5.6mg/L，F-12.5～18.3mg/L。出水pH和NH₃-N可以满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级排放标准，出水中的F^-可以满足低氟地区的二级排放标准。

实施例3

高炉渣和钢渣的比例采用80％：20％。采用曝气生物滤池，反应器下部装填40％粒径10～20mm的混合渣，中部装填40％粒径5～10mm的混合渣，上部填充20％粒径3～5mm的混合渣，系统水力停留时间65h，对某合成焦化废水进行处理。进水水质：pH8.05～8.20、COD1480～1550mg/L，NH₃-N436～458mg/L，F^-75～83mg/L。经高炉渣和钢渣混合填料反应器处理后，出水水质达到：pH7.05～7.48、COD105～139mg/L，NH₃-N0～6.2mg/L，F^-9.8～15.6mg/L。出水pH和NH₃-N可以满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级排放标准，出水中的F^-可以满足低氟地区的二级排放标准。

Claims

1、一种处理焦化废水的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对高炉渣和钢渣进行筛分；

(3)生物反应器的驯化启动；及

(4)将焦化废水引入好氧生物反应器。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述筛分采用筛分机进行。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括将所述高炉渣和钢渣筛分成粒径为3～5mm、5～10mm、10～20mm和20～50mm的几组颗粒填料。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填料的填装采用一种粒径范围。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填料的填装采用不同粒径范围组合填装。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物反应器选自曝气生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池或生物滴滤池。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物反应器的驯化启动采用自然挂膜法、接种法、循环挂膜法或快速排泥挂膜法。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焦化废水从生物反应器底部泵入，顶部流出。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述反应器中填料减少或出水pH偏低时，添加或更换新的高炉渣和钢渣填料。