焦化废水的毕业设计.docx
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焦化废水的毕业设计
前言
水是地球的重要组成部分，也是生物机体不可缺少的组分，人类的生存和发展离不开水资源。
地球上约有%的水是海水，它覆盖了地球表面的70%以上，但由于海水是含有大量矿物盐类
的“咸水”，不宜被人类直接使用。
这样，人类生命和生产活动能直接利用且易于取得的淡
水资源就十分有限，不足总水量的3%，且其中约3/4以冰川、冰帽等固态的形式存在于南
北极地，人类很难使用。
与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水储量约为4×106km3，
仅占地球上总水量的%。
因此，解决水废染、合理地利用水资源是世界各国经济可持续发展
的当务之急。
焦化废水是一种高含氮、毒性强的有机工业废水之一。
如果直接排入水体其废染程度大，毒
害性强[1]。
因此，对焦化厂废水的处理无论在环境还是资源方面显得尤为重要。
鉴于可持续发展和环境质量的要求，现决定对某煤焦化有限责任公司产生的焦化废水进行处
理工艺设计。
废水产生量为300t/d，废水主要由含高浓度氮焦化废水和生活废水组成，且
都含较高COD、SS和石油类物质。
本文根据该焦化废水浓度高，毒性大的水质特点，设计“A/O”
工艺对其进行处理。
废水中的SS、石油类物质、COD等浓度大大降低，使得出水水质达到《废
水综合排放标准（GB8978-1996）》中的一级排放要求。
本文对各处理单元构筑物进行了设计
计算，绘制各处理单元构筑物图示，以及废水处理站的平面布置图和高程布置图，同时对该
废水处理站进行了投资经济概算，验证废水不仅得到有效处理，且经济可行，符合可持续发
展要求。
第6/55页
1焦化废水概述
焦化废水概况
焦化废水来源与组成
焦化厂是钢铁企业生产的重要组成部分，焦炭是钢铁冶炼的重要原材料，炼焦回收的化工产
品供给许多行业的生产。
随着社会、经济的发展，焦化行业已发挥着越来越重要的作用。
目
前，国内生产焦化产品的厂家达数百家。
焦化厂生产的主要任务是进行煤的高温干馏—炼焦，
以及回收处理在炼焦过程中所产生的副产品。
整个生产过程分为选煤、炼焦及化工三部分。
焦化废水则产生于炼焦、制气过程及化工产品回收过程，水质复杂，产生量较大。
其主要来
源有[2]：
（1）剩余氨水。
由炼焦的水分及炼焦过程中产生的化合物组成。
通常情况下，其
数量占全部废水的一半以上，是氨氮废染物的主要来源；
（2）化工产品工艺排水。
包括化工
产品回收和精制过程中各有关工段的分离水及各种贮槽定期排水和事故排水；（3）粗苯终冷
水及煤气脱硫和煤气终冷循环的排废水。
其中含有一定数量的酚、氰、苯、硫化物及吡啶碱
等。
（4）焦油车间废水：
焦油车间根据有机物的沸点不同，用蒸馏法初步分离各种产品，再
经酸碱洗涤分离出粗苯、吡啶等产品。
废水主要是间断地排出高浓度含油、含酸的废水。
这
部分废水一般经溶剂脱酚通过蒸氨塔后才能进入生物处理装置；（5）古马隆废水：
从酚、油、
重苯中提取古马隆，要经过蒸馏、碱洗、酸洗、中和及水洗，排除含酚、吡啶、油等废染物
的废水。
焦化废水产生的一般工艺流程如图所示[3]：
第7/55页
图焦化生产工艺流程
焦化废水因受原煤性质、
焦化产品回收工序及方法等多种因素的影响，
含有多种废染物。
焦
化废水是一种含高氨氮、
高有机物、成分复杂的、难处理的有机工业废水。
焦化废水中的许
多高毒性难降解有机物，
对生态环境危害极大，
如占总有机物的一半以上酚类化合物，
可使
蛋白质凝固，对人类、水产及农作物都有极大危害
[4]。
经常接触煤焦油、沥青和某些石油
化工溶剂的人，皮肤癌、唇癌以及肺癌的患病率相当高，因为吲哚、萘、吡啶碱、
第8/55页
啡蒽、苯并芘等多种多环和杂环芳香族化合物（PAHs）中有不少是致癌和致突变物质。
氨氮是
水体富营养化的主要废染物，近年来，国家不仅对COD的排放做了严格的规定，对氨氮的危
害也越来越重视，并对氨氮的排放也做了严格的规定。
焦化废水的特点及危害
1、水质特点
（1）成分复杂
焦化废水组成十分复杂，浓度高、毒性大。
核磁共振—色谱分析显示：
焦化废水中含有数十
种无机和上百种有机化合物[5]。
无机废染物主要是大量的氨盐、硫氰化物、硫化物及氰化物等。
有机废染物除酚类化合物以外，还包括脂肪族化合物、杂环类化合物和多环芳香族化合物等。
其中酚类化合物为主，占总有机废染物的80％左右，主要成分有苯酚、邻甲酚、对甲酚、
邻对甲酚、二甲酚、邻苯二甲酚及其同系物等；杂环类化合物包括二氮杂苯、氮杂联苯、氮
杂苊、氮杂蒽、吡啶、喹啉、咔唑及吲哚等；多环类化合物包括萘、蒽、菲及α-苯并芘等
[6]。
（2）水质变化幅度大
焦化废水中氨氮变化系数可达，COD变化系数可达，酚和氰化物浓度变化系数达和。
（3）含有大量的难降解物，可生化性较差
焦化废水中有机物（以COD计）含量高，且由于废水中所含有机物多为芳香族化合物和稠环化
合物及吲哚、吡啶、喹啉等杂环化合物，其BOD5/COD值低，一般为~，有机物稳定，微生物
难以利用，废水的可生化性差。
（4）废水毒性大
其中含有的氰化物、芳烃、稠环及杂环化合物都是有毒物质，有的甚至是致癌物质，毒性极
强。
2、危害
（1）对人的危害第9/55页
焦化废水中含有的酚类化合物是原型质毒物，可以通过皮肤、黏膜的接触和经口服而侵入人体体内。
高浓度的酚可以引起剧烈腹痛、呕吐和腹泻、血便等症状，重者甚至死亡。
低浓度
的酚可引起积累性中毒，有头痛、头晕等不良反应。
废水中的氰化物毒性很大。
当pH值在
以下时，氰化物的安全浓度为5mg/L。
人食用的平均致死量氰氢酸为30~60mg/L，氰化钠为，
氰化钾为。
另外废水中含有大量的氨氮，可能转化为NO2－或NO3－。
人体若饮用了NH4＋
-N>10mg/L或NO3－-N>50mg/L的水，可使人体内正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失
去输氧能力，出现缺氧症状。
若亚硝酸盐长时间作用于人体，可引起细胞癌变。
（2）对水体和水生生物的危害
大量的有机废染物进入水体，会消耗水体当中大量的溶解氧，水体发臭，水质恶化。
同时由
于有毒物质的进入使得水中水生生物的生存受到影响，鱼类和贝类等的大量减产与死亡，并
能通过食物链传递给人类造成食物中毒等。
此外，含氮化合物还能导致水体的富营养化，尤
其对湖泊等封闭水域的危害更大。
（3）对农业的危害
采用未经处理的焦化废水直接灌溉农田，将使农作物减产和枯死，特别是在播种期和幼苗发
育期，幼苗因抵抗力弱，含酚的废水使其腐烂；焦化废水中的油类物质能堵塞土壤孔隙，含
盐量高而使土壤盐碱化；农业灌溉用水中TN含量如超过1mg/L，作物吸收过剩的氮能产生
贪青倒伏现象[7]。
国内外焦化废水处理技术
目前，国内80％的焦化厂普遍采用的是以传统生物脱氮处理为核心的工艺流程。
分为预处
理、生化处理以及深度处理。
预处理主要采用物理化学方法，如除油、蒸氨、萃取脱酚等；
生化处理工艺主要为A/O、A2/O等工艺；深度处理主要工艺有活性炭吸附法、活性炭-生物
膜法及氧化塘法。
在欧洲，焦化废水处理普遍的工艺为先去除悬浮物和油类废染物质，然后
利用蒸氨法去除氨氮，再采用生物氧化法去除酚硫氰化物和硫代硫酸盐。
在某些情况下还
对废水做排放前的最后深度处理。
在美国，炼焦厂的废水
前言
水是地球的重要组成部分，也是生物机体不可缺少的组分，人类的生存和发展离不开水资源。
地球上约有%的水是海水，它覆盖了地球表面的70%以上，但由于海水是含有大量矿物盐类
的“咸水”，不宜被人类直接使用。
这样，人类生命和生产活动能直接利用且易于取得的淡
水资源就十分有限，不足总水量的3%，且其中约3/4以冰川、冰帽等固态的形式存在于南
北极地，人类很难使用。
与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水储量约为4×106km3，
仅占地球上总水量的%。
因此，解决水废染、合理地利用水资源是世界各国经济可持续发展
的当务之急。
焦化废水是一种高含氮、毒性强的有机工业废水之一。
如果直接排入水体其废染程度大，毒
害性强[1]。
因此，对焦化厂废水的处理无论在环境还是资源方面显得尤为重要。
鉴于可持续发展和环境质量的要求，现决定对某煤焦化有限责任公司产生的焦化废水进行处
理工艺设计。
废水产生量为300t/d，废水主要由含高浓度氮焦化废水和生活废水组成，且
都含较高COD、SS和石油类物质。
本文根据该焦化废水浓度高，毒性大的水质特点，设计“A/O”
工艺对其进行处理。
废水中的SS、石油类物质、COD等浓度大大降低，使得出水水质达到《废
水综合排放标准（GB8978-1996）》中的一级排放要求。
本文对各处理单元构筑物进行了设计
计算，绘制各处理单元构筑物图示，
以及废水处理站的平面布置图和高程布置图，
同时对该
废水处理站进行了投资经济概算，
验证废水不仅得到有效处理，
且经济可行，符合可持续发
展要求。
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1焦化废水概述
焦化废水概况
焦化废水来源与组成
焦化厂是钢铁企业生产的重要组成部分，
焦炭是钢铁冶炼的重要原材料，
炼焦回收的化工产
品供给许多行业的生产。
随着社会、经济的发展，焦化行业已发挥着越来越重要的作用。
目
前，国内生产焦化产品的厂家达数百家。
焦化厂生产的主要任务是进行煤的高温干馏—炼焦，
以及回收处理在炼焦过程中所产生的副产品。
整个生产过程分为选煤、炼焦及化工三部分。
焦化废水则产生于炼焦、制气过程及化工产品回收过程，
水质复杂，产生量较大。
其主要来
源有[2]：
（1）剩余氨水。
由炼焦的水分及炼焦过程中产生的化合物组成。
通常情况下，其
数量占全部废水的一半以上，是氨氮废染物的主要来源；
（2）
化工产品工艺排水。
包括化工
产品回收和精制过程中各有关工段的分离水及各种贮槽定期排水和事故排水；
（3）
粗苯终冷
水及煤气脱硫和煤气终冷循环的排废水。
其中含有一定数量的酚、氰、苯、硫化物及吡啶碱
等。
（4）焦油车间废水：
焦油车间根据有机物的沸点不同，用蒸馏法初步分离各种产品，再
经酸碱洗涤分离出粗苯、吡啶等产品。
废水主要是间断地排出高浓度含油、
含酸的废水。
这
部分废水一般经溶剂脱酚通过蒸氨塔后才能进入生物处理装置；
（5）古马隆废水：
从酚、油、
重苯中提取古马隆，要经过蒸馏、碱洗、酸洗、中和及水洗，排除含酚、吡啶、油等废染物
的废水。
焦化废水产生的一般工艺流程如图所示
[3]：
第7/55页
图焦化生产工艺流程
焦化废水因受原煤性质、焦化产品回收工序及方法等多种因素的影响，含有多种废染物。
焦
化废水是一种含高氨氮、高有机物、成分复杂的、难处理的有机工业废水。
焦化废水中的许
多高毒性难降解有机物，对生态环境危害极大，如占总有机物的一半以上酚类化合物，可使
蛋白质凝固，对人类、水产及农作物都有极大危害[4]。
经常接触煤焦油、沥青和某些石油
化工溶剂的人，皮肤癌、唇癌以及肺癌的患病率相当高，因为吲哚、萘、吡啶碱、
第8/55页
啡蒽、苯并芘等多种多环和杂环芳香族化合物（PAHs）中有不少是致癌和致突变物质。
氨氮是
水体富营养化的主要废染物，近年来，国家不仅对COD的排放做了严格的规定，对氨氮的危
害也越来越重视，并对氨氮的排放也做了严格的规定。
焦化废水的特点及危害
1、水质特点
（1）成分复杂
焦化废水组成十分复杂，浓度高、毒性大。
核磁共振—色谱分析显示：
焦化废水中含有数十
种无机和上百种有机化合物[5]。
无机废染物主要是大量的氨盐、硫氰化物、硫化物及氰化物等。
有机废染物除酚类化合物以外，还包括脂肪族化合物、杂环类化合物和多环芳香族化合物等。
其中酚类化合物为主，占总有机废染物的80％左右，主要成分有苯酚、邻甲酚、对甲酚、
邻对甲酚、二甲酚、邻苯二甲酚及其同系物等；杂环类化合物包括二氮杂苯、氮杂联苯、氮
杂苊、氮杂蒽、吡啶、喹啉、咔唑及吲哚等；多环类化合物包括萘、蒽、菲及α-苯并芘等
[6]。
（2）水质变化幅度大
焦化废水中氨氮变化系数可达，COD变化系数可达，酚和氰化物浓度变化系数达和。
（3）含有大量的难降解物，可生化性较差
焦化废水中有机物（以COD计）含量高，且由于废水中所含有机物多为芳香族化合物和稠环化
合物及吲哚、吡啶、喹啉等杂环化合物，其BOD5/COD值低，一般为~，有机物稳定，微生物
难以利用，废水的可生化性差。
（4）废水毒性大
其中含有的氰化物、芳烃、稠环及杂环化合物都是有毒物质，有的甚至是致癌物质，毒性极
强。
2、危害
（1）对人的危害第9/55页
焦化废水中含有的酚类化合物是原型质毒物，可以通过皮肤、黏膜的接触和经口服而侵入人体体内。
高浓度的酚可以引起剧烈腹痛、呕吐和腹泻、血便等症状，重者甚至死亡。
低浓度
的酚可引起积累性中毒，有头痛、头晕等不良反应。
废水中的氰化物毒性很大。
当pH值在
以下时，氰化物的安全浓度为
5mg/L。
人食用的平均致死量氰氢酸为
30~60mg/L，氰化钠为，
氰化钾为。
另外废水中含有大量的氨氮，可能转化为
NO2－或
NO3－。
人体若饮用了
NH4＋
-N>10mg/L或NO3－-N>50mg/L的水，可使人体内正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失
去输氧能力，出现缺氧症状。
若亚硝酸盐长时间作用于人体，可引起细胞癌变。
（2）对水体和水生生物的危害
大量的有机废染物进入水体，会消耗水体当中大量的溶解氧，
水体发臭，水质恶化。
同时由
于有毒物质的进入使得水中水生生物的生存受到影响，
鱼类和贝类等的大量减产与死亡，
并
能通过食物链传递给人类造成食物中毒等。
此外，含氮化合物还能导致水体的富营养化，
尤
其对湖泊等封闭水域的危害更大。
（3）对农业的危害
采用未经处理的焦化废水直接灌溉农田，
将使农作物减产和枯死，特别是在播种期和幼苗发
育期，幼苗因抵抗力弱，含酚的废水使其腐烂；焦化废水中的油类物质能堵塞土壤孔隙，含
盐量高而使土壤盐碱化；农业灌溉用水中
TN含量如超过
1mg/L，作物吸收过剩的氮能产生
贪青倒伏现象[7]。
国内外焦化废水处理技术
目前，国内80％的焦化厂普遍采用的是以传统生物脱氮处理为核心的工艺流程。
分为预处
理、生化处理以及深度处理。
预处理主要采用物理化学方法，如除油、蒸氨、萃取脱酚等；
生化处理工艺主要为
A/O、A2/O等工艺；深度处理主要工艺有活性炭吸附法、活性炭
-生物
膜法及氧化塘法。
在欧洲，焦化废水处理普遍的工艺为先去除悬浮物和油类废染物质，
然后
利用蒸氨法去除氨氮，
再采用生物氧化法去除酚硫氰化物和硫代硫酸盐。
在某些情况下还
对废水做排放前的最后深度处理。
在美国，炼焦厂的废水
处理工艺为：
脱焦油—蒸氨工艺—活性污泥法及污泥脱水系统。
综合看起来，国外的焦化废
水的治理方法与我国基本一致[8,9]。
物理化学法
1、吸附法
吸附法是利用多孔性吸附剂吸附废水中的一种或几种溶质，使废水得到净化。
活性炭是最常
用的一种吸附剂，活性炭吸附法适用于废水的深度处理。
刘俊峰等采用高温炉渣过滤，再用
南开牌H2103大孔树脂吸附处理含酚520mg/L、COD3200mg/L的焦化废水，处理后出水达到
国家排放标准[10]。
黄念东等研究了细粒焦渣对焦化废水的净化作用，温度25℃的条件下，
酚的去除率为98%[11]。
2、混凝和絮凝沉淀法
混凝法是向废水中加入混凝剂并使之水解产生水合配离子及氢氧化物胶体，中和废水中某些
物质表面所带的电荷，使这些带电物质发生凝集，是用来处理废水中自然沉淀法难以沉淀去
除的细小悬浮物及胶体微粒，以降低废水的浊度和色度，但对可溶性有机物无效，常用于焦
化废水的深度处理。
该法处理费用低，既可以间歇使用也可以连续使用。
上海焦化总厂选
用厌氧-好氧生物脱氮结合聚铁絮凝机械加速澄清法对焦化废水进行综合治理，使出水中
COD<158mg/L，NH3-N<15mg/L[12]。
近年来，新型复合混凝剂在焦化废水处理中的应用得到
广泛的研究。
3、Fenton试剂法
Fenton[13]试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂，由于其能产生氧化能力很强
的·OH自由基，在处理难生物降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水时，具有反应迅速，
温度和压力等反应条件缓和且无二次废染等优点。
因此，近30年来越来越受到国内外环保
工作者的广泛重视。
生化处理法
生化处理法是一种利用微生物氧化分解废水中有机物的方
第11/55页
法，常作为焦化废水处理系统中的二级处理。
1、A/O与A2/O法
目前国内主要采用A/O与A2/O工艺及其变异型脱氮工艺进行焦化废水的脱氮处理，脱氮效
果较好。
ZhangMin[14,15,16]等对A-A-O工艺与A-O工艺进行了比较，实验表明：
A-A-O
工艺在NH3-N去除和反硝化方面均优于
A-O工艺，特别是反硝化率方面
A-A-O工艺是A-O
工艺的两倍。
目前宝钢一、二期焦化废水就是对原
A-O工艺优化后，采用了A-A-O[17]
工艺。
目前系统运行稳定，但由于条件控制复杂，投资费用高，
为保证处理效果，运行中污泥及废
水回流量较大，增加了动力消耗，且内循环液带入大量溶解氧，
使反硝化池内难于保持理想
的缺氧状态，影响反硝化过程降低了脱氮效率。
2、SBR法
SBR池兼均化、沉淀、生物降解及终沉等功能于一体。
国内外对SBR法研究的结果表明此法
工艺简单、运行费用低、运行管理简单，同时不必设调节池，多数情况下可省去初沉池。
SBR
反应池生化反应能力强，处理效果好，能有效地防止污泥膨胀，耐冲击负荷能力强，工作稳
定性强。
用它来处理焦化废水，NH3-N的去除率达60%，传统SBR法对焦化废水降解效率不
高[18,19]。
3、氧化沟技术
随着氧化沟技术的发展，出现了一系列脱氮技术与氧化沟技术相结合的废水处理工艺流程。
按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。
连续工作式氧化
沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。
奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通
过设置适当的缺氧段、好氧段都能取得较好的脱氮效果。
化学处理法
1、催化湿式氧化技术
催化温式氧化技术是在高温、高压条件下，在催化剂作用下，用空气中的氧将溶于水或在水
中悬浮的有机物氧化，最终转化为
第12/55页
无害物质N2和CO2排放。
该技术的研究始于20世纪70年代，是在Zim-merman的湿式氧
化技术的基础上发展起来的。
湿式催化氧化法具有适用范围广、氧化速度快、处理效率高、
二次废染低、可回收能量和有用物料等优点。
但是，由于其催化剂价格昂贵，且在高温高压
条件下运行，对工艺设备要求严格，国内很少将该法用于废水处理
[20]。
2、臭氧氧化法
臭氧是一种强氧化剂，能与废水中大多数有机物，微生物迅速反应，同时还可起到脱色、除
臭、杀菌的作用。
该法不会造成二次废染，操作管理简单方便。
但是，这种方法也存在投资
高、电耗大、处理成本高的缺点。
同时若操作不当，臭氧会对周围生物造成危害。
因此，目
前臭氧氧化法还主要应用于废水的深度处理。
在美国已开始应用臭氧氧化法处理焦化废水。
第13/55页
2水质分析和处理工艺选择建厂当地自然条件
1、地理位置
某煤焦化有限责任公司位于Y市，厂址所在地地层比较单一，上部为第四系平原流水松散堆
积的冲洪积层，其下为更新统含泥砂砾石层及中下更新统泥砾层。
拟建地不存在边坡和危岩，
地下无矿床和文物。
2、气候
厂区所在地为亚热带湿润季风气候区，冷空气活动频繁，气温不稳定，春节和初夏的雨量分
布不均、有干旱，夏季无酷暑，雨量集中，多洪涝灾害，时有大风，偶有冰雹危害，秋季气
温下降快，多连绵阴雨。
据当地多年地面气象观测，年平均气温，年日照时数小时，年降水
时间2808小时，平均霜期85天，气压毫帕，常年平均风速s，常年主导风向NE静风频率
40%，历史最低气温。
废水来源及特征
来源组成
焦化废水是焦化厂在焦炭炼制、煤气净化及化工产品回收过程中产生的大量毒性极高的废
水，其主要来源有：
①煤挟带水，反应生成水和焦化产品蒸馏、洗涤加入的蒸汽和新鲜水，
在与煤气和产品接触后冷凝或分离出来的废水，包括集气管分离液和初冷液组成的剩余氨
水，氨水工艺中洗氨的富氨水。
这两部分废水经蒸氨（回收）后排出。
②硫氨工艺中的终冷
洗苯水。
③苯、焦油、古马隆等化工产品加工的分离水。
上述废水量约为焦。
但实际上要大
的多，各部分水量见表：
表焦化废水的来源
第14/55页
水质特征
煤中碳、氢、氧、氮、
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