焦化廢水應用新技術

封一飛，劉春美，袁本雄

1.中冶焦耐工程技術有限公司，遼寧大連 116000

2.銅陵新亞星焦化有限公司，安徽銅陵 244000

1 概述

煉焦是指氣、肥、焦、瘦4 種洗精煤按一定比例配合，經粉碎處理制備成裝爐煤，隔絕空氣高溫干餾的過程。在該過程中產生大量的焦化廢水，焦化廢水其組分復雜、有害物濃度高、毒性大且難以處理。主要來源有三：一是煉焦煤帶入的表面水和煉焦過程中產生的化合水；二是化學產品回收和精制過程使用蒸汽直接蒸吹，經冷卻后變為半成品或產品的分離水；三是焦油、粗苯等化工產品精制過程或其他場合產生的廢水。其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等幾十種污染物，成分復雜，污染物濃度高、色度高、毒性大，性質非常穩定，是一種典型的難降解有機廢水。它的超標排放對人類、水產、農作物都構成了很大危害。如何改善和解決焦化廢水對環境的污染問題，已成為擺在人們面前的一個迫切需要解決的課題。

在鋼鐵聯合企業，處理后的焦化廢水除焦化廠使用一部分外，其他進入公司濁循環水系統，統一應用及深度處理并達標后外排，因此鋼鐵聯合企業的焦化廠干熄焦普及率達90%以上。對于獨立焦化廠，因生產過程中產生的焦化廢水無法達到零排放，成為影響干熄焦技術在獨立焦化廠推廣普及的重要因素之一。

2 焦化廢水現狀及處理工藝

2 z1 j'目前焦化廢水大多采用硝化—反硝化（A/O）工藝，只有少數焦化廠采用A2/O2 或A/O-O 等處理工藝。一般按常規方法先進行預處理、生物處理、后處理再進行污泥處理。焦化廢水脫氮的投資較高、占地面積較大、運行費用也較高，加之對凈化工段要求嚴格，一般企業難以承受。此外，焦化廢水經上述處理后，氨氮、BOD5、總氮、總磷、揮發酚、硫化物、苯、氰化物、苯并芘、PAHs、石油類、CODCr 等指標全部達到二級排放的標準仍然存在一定難度，尤其CODCr 等后幾項指標更甚。

焦化廠煉焦廢水排放，2012 年10 月1 日前執行的是《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）二級標準，2012 年10 月1 日后執行的是《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012）。由下表可以看見，排放標準日趨嚴格，污水處理投資會越來越大。

表1 新舊煉焦廢水排放標準對比表

3 處理后焦化廢水的使用出路

處理后的廢水盡量在廠內利用，減少外排水量，同時采取措施防止對環境及設備產生不良影響。對于獨立焦化廠，目前主要回用方式有濕熄焦用水、抑塵用水、少數廠家超濾后用反滲透技術將焦化廢水處理后回用作為工業用水等。其中，濕熄焦用水量較大，占總廢水～60%。若采用干熄焦技術，焦化廢水的回用率將大大降低，因此對于獨立焦化廠建設干熄焦裝置后建議推廣焦炭加濕技術。

3.1 干熄焦炭加濕

采用干法熄焦后，焦炭水分幾乎為零極易揚灰，給生產、篩分、貯存、運輸過程帶來較大的影響。由于理化性質上的特點，造成焦炭親水性相對較差，即使浸泡于水中也不能提高其水分。因此，采用表面活性劑作親水劑，通過一定的工藝過程，可將焦炭水分提高到4%左右。

3.1.1 固體表面的潤濕機理及表面活性劑的選擇

1）固體的潤濕性

固體表面潤濕性由表面的化學組成和微觀幾何結構共同決定，化學組成上焦炭表面能相對較低，微觀上焦炭屬于粗糙表面，根據Wenzel 模型，粗糙表面的存在使得實際固液接觸面積大于表面幾何接觸面積，增強了焦炭疏水性。

2）表面活性劑概述

表面活性劑(surfactant)，是指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質。表面活性劑的分子結構具有兩親性：一端為親水基團，另一端為憎水基團；親水基團常為極性的基團，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰氨基、醚鍵等；而憎水基團常為長直鏈非極性烴鏈。

一般表面活性劑分為離子型、非離子型及特殊型表面活性劑。其中離子型表面活性劑又分為陰離子型、陽離子型、兩性表面活性劑。

圖1 表面活性劑結構

3）表面活性劑的潤濕原理

通過表面活性劑分子中不同部分分別對于兩相的親和，使兩相均將其看作本相的成分，分子排列在兩相之間，使兩相的表面相當于轉入分子內部，從而降低表面張力。由于兩相都將其看作本相的一個組分，就相當于兩個相與表面活性劑分子都沒有形成界面，就相當于通過這種方式部分的消滅了兩個相的界面，就降低了表面張力和表面自由能。

圖2 表面活性劑參與后焦炭表面潤濕性的轉化

水；2-油；3-焦炭

4）表面活性劑的選擇

由于處理后的焦化廢水多呈弱堿性，pH 值介于7 ～9 之間，此外還含有Ca、Mg 等堿金屬，因此在選用表面活性劑時，應根據不同廢水的具體情況選用不同的表面活性劑，所選用的表面活性劑應具有耐堿、耐硬水的特性。

此外，作為加濕劑的表面活性劑親水性和親油性應適中，親水親油平衡值（HLB）應介于7 ～9 間。

3.1.2 焦炭加濕的工藝流程

1）焦炭加濕廢水量的計算

以年產焦炭150 萬噸2×60 孔JNX3-70-1 型焦爐為例，處理后的廢水量約1.31×106t/a，按焦炭水分加至4%計算，年焦炭加濕廢水量約6.1×104t/a，可明顯降低在生產、貯存、運輸過程中粉塵外溢對環境的污染。

2）系統組成

由于焦炭親水性較差，采用于帶式輸送機通廊中沿途設噴嘴，緩慢向焦炭噴水加濕的工藝流程。加濕系統由料流檢測器、水箱、加壓泵、流量計、加藥裝置、2 級過濾器、流量控制單元、電磁閥、噴嘴、控制系統以及配套的管路和閥門等組成。

3）系統工作流程

帶式輸送機開機后，非接觸式料流檢測器檢測到帶式輸送機上有物料時，加壓泵自動工作，將稀釋有表面活性劑的廢水送至流量控制單元，流量控制單元的電磁閥打開，同一單元的噴頭同時工作，將水霧化向焦炭加濕。帶式輸送機開機時，根據帶速各流量控制單元延時開啟，停機時延時關閉。水箱設液位計，檢測出高液位時關閉注水及加藥，檢測出低液位時，入口電磁閥打開將廢水經2 級過濾器過濾后加入水箱，入口水管上設流量計，加藥裝置根據注水量自動向水箱內加入表面活性劑。

圖3 系統工藝流程圖

3.2 焦化廠內抑塵用水

運輸焦炭和調濕煤的輸送機轉運點、焦炭裝車等位置可設噴霧抑塵裝置，以壓縮空氣為氣源通過噴嘴將焦化廢水處理為3μm ～20μm 級別較小顆粒的霧池，將粉塵封鎖在霧池內，水霧與塵埃顆粒發生碰撞、吸附、凝結，形成的塵埃團在重力作用下降落，從而達到過濾塵埃的目的。

對于露天煤場和焦場，可通過噴槍向料堆灑水，降低大風刮走的物料量。

4 結論

1）采用處理后的焦化廢水對焦炭進行加濕，可大大降低粉塵對環境的污染，具有顯著的社會效益；

2）加濕裝置工藝過程簡單、投資少、自動化程度高、運行及維護成本低；

3）加濕裝置既可隨焦化廠同步建設，也可在現有焦化廠增建。

[1]肖瑞華.煉焦化學產品生產技術問答.北京：冶金工業出版社，2008：349.

[2]Jiang L，Wang R，Yang B，et al.[J].Adv Mater， 2002，14(24)：1857-1860.

[3]Wenzel R N.Surface roughness and contact angle[J].J Phys Colloid Chem，1949，53：1466.