新型焦化废水深度处理工艺的应用研究

闫红霞

（山西晋环科源环境资源科技有限公司，山西 太原 030024）

引言

在焦化生产过程中会产生大量的高毒性有机废水，这些废水中含有大量的苯、酚等有机污染物，造成废水中化学需氧量（COD）极高，需要先经过净化，将废水中的COD 值降低。目前对焦化废水净化最常用的处理方法是臭氧催化法，该方法主要是向废水中通入臭氧，在催化剂的作用下臭氧分解产生具有高氧化性的非选择性羟基自由基，实现对焦化废水中各类有机污染物的氧化，降低水中的化学需氧量。但采用臭氧催化的方法在使用过程中会产生大量的中间产物，造成污染物矿化，影响对废水的净化效果。

为了提高对焦化废水的处理效果，减少环境污染，本文提出了一种新的焦化废水深度处理工艺，首先利用絮凝剂将废水中容易被氧化的部分去除，然后再利用臭氧催化氧化的方案对焦化废水进行处理，由于减少了中间产物，因此能够显著提升对焦化废水的处理效果。根据实际验证表明，当催化剂添加比例为30%、臭氧添加流量为3 L/min、絮凝剂添加量为690 mg/L 的情况下，能够将焦化废水中化学需氧量（COD）的去除率提升到69.9%，将总有机碳（TOC）的去除率提升到52.4%，极大地提升了对有机废水的净化效果。

1 臭氧-絮凝综合处理流程分析

为了满足对焦化废水高效处理的需求，本文提出了一种新的臭氧-絮凝综合处理装置[1]，能够实现絮凝-臭氧催化的不间断连续生产，提高对焦化废水的净化效果。该综合净化处理装置整体结构如图1 所示[2]。

图1 综合净化处理装置示意图

该综合净化处理装置整体采用了304 不锈钢的缸体结构，在工作时，首先在反应容器内加入一定的催化剂，然后利用泵将焦化废水抽入到A 存储罐内，在A 罐内加入絮凝剂对其进行絮凝过滤处理，待B罐内流入约1/3 的水后，再把臭氧从B 罐体底部冲入，在催化剂的作用下臭氧分解，对废水中的有机物进行氧化处理。然后在循环泵的作用下经过第一步净化处理的废水再次回到A 罐内，水体中溶解的臭氧在固体催化剂的作用下进行第二次净化处理，从而有效地降低水体中有机污染物的浓度。该方案能够实现对臭氧的二次利用，能够有效减少臭氧的浪费，提高净化处理的经济性。

2 催化剂添加比例对净化效果的影响

为了对不同催化剂添加比例情况下的净化效果进行研究，采用了变比例对比验证的方案，在臭氧流量为3 L/min，焦化废水pH 值为6 的情况下，分别对催化剂体积占比为0%、10%、20%、30%、40%情况下臭氧催化效果的影响进行研究，结果如图2 所示。

图2 不同添加比例下COD 去除效果曲线

由图2 可知，随着催化剂比例的不断增加，对焦化废水中化学需氧量（COD）的去除率不断增加，对水中有机污染物的降解速率也呈不断增加的趋势，这主要是由于催化剂的增加加大了对臭氧的分解速率，增加了反应活性点位导致的[3]。

当催化剂的比例为30%的情况下，在第230 min时，焦化废水中化学需氧量（COD）值已经从244.7 mg/L降低到了74.9 mg/L，去除率达到了69.4%。当催化剂的比例为40%的情况下，在第230 min 时，焦化废水中化学需氧量（COD）从244.7 mg/L 降低到了74.7 mg/L，去除率达到了69.5%。整体的去除率和催化剂比例为与30%的情况下基本一致，而催化剂比例越高，在生产中的经济性就越低[4]，因此结合催化效率和经济性两方面的因素，当催化剂比例为30%的情况下具有最佳的净化经济性。

3 臭氧添加流量对净化效果的影响

为了验证臭氧添加流量对净化效果的影响，同样采用了变比例对比验证的方案，将催化剂的投放比例定为30%，焦化废水pH 值同样为6 的情况下，分别对臭氧流量分别为1、2、3、4 L/min 臭氧催化效果的影响进行研究，结果如图3 所示。

图3 不同臭氧流量情况下COD 去除效果曲线

由图3 可知，随着臭氧流量的增加，对焦化废水中化学需氧量（COD）的去除率从1 L/min 时的60.1%提高到了3 L/min 时的70.3%，这主要是由于，臭氧流量的增加，加大了水体中单位时间内分解的臭氧的量，从而促进了单位时间内对更多的有机污染物的分解。当水中通入臭氧的速度达到4 L/min 时焦化废水中化学需氧量（COD）的去除率反而出现了一定量的下降，这主要是由于焦化废水中臭氧含量的饱和[5]，而且产生了更多的可沉淀中间产物[6]，造成了去除率的降低。综合分析可知，当水中臭氧通入量为3 L/min 时具有最佳的净化效果。

4 絮凝剂添加量对净化效果的影响

絮凝剂（C002-2018 聚丙烯酰胺絮凝剂）的添加会直接影响废水的pH 值，因此通过对pH 值的监测来对絮凝剂的添加量进行换算[7]，将催化剂的投放比例定为30%，臭氧的流量设置为3 L/min，焦化废水pH 值分别为3、5、7、7.8、9、11 情况下对臭氧催化效果的影响进行研究，结果如图4 所示。

图4 不同pH 值下COD 去除效果曲线

由实际验证结果可知，随着pH 值的增加，总体上来说对焦化废水中化学需氧量（COD）的去除率先增加后降低，当pH 值为3 时的去除率仅为66.4%，当pH 值为7.8 时的去除率达到了74.2%，此时的去除率最高，随着pH 值的增加，溶液中化学需氧量（COD）的降解速率会逐渐的降低[8]，这主要是由于非选择性羟基自由基在中性偏碱的条件下才具有最佳的活性[9]，因此在过酸或者过碱时均会限制其活性的增加，当pH 值为中性偏碱情况下所对应的絮凝剂的添加量690 mg/L，此情况下具有最佳的净化效果。

5 应用情况分析

利用臭氧-絮凝综合处理工艺技术，将催化剂的投放比例定为30%，臭氧的流量设置为3L/min，絮凝剂的添加量设置为690 mg/L，在此工艺条件下对净化效果进行研究，结果如图5 所示。

图5 臭氧-絮凝综合处理效果示意图

由图5 可知，利用臭氧-絮凝综合处理工艺技术，能够将焦化废水中化学需氧量（COD）的去除率提升到69.9%，将总有机碳（TOC）的去除率提升到52.4%

6 结论

针对焦化废水净化效率低、经济性差、对环境污染严重的现状，提出以臭氧-絮凝综合处理为核心的新型焦化废水处理技术，首先利用絮凝剂将废水中容易被氧化的部分去除，然后再利用臭氧催化氧化的方案来对焦化废水进行处理，根据应用研究表明：

1）当催化剂添加比例为30%、臭氧添加流量为3 L/min、絮凝剂添加量为690 mg/L 的情况下该技术具有最佳的净化处理效果；

2）利用臭氧-絮凝综合处理工艺技术，能够将焦化废水中化学需氧量（COD）的去除率提升到69.9%，将总有机碳（TOC）的去除率提升到52.4%，对提升焦化废水处理效率和经济性具有十分重要的意义。