焦化废水水质组成及其环境学与生物学特性分析

焦化废水水质组成及其环境学与生物学特性分析

刘彦辉

山西太钢不锈钢股份有限公司焦化厂 山西省太原市 030003

摘要: 焦化废水水质的复杂性及其对环境和生态影响的不确定性，制约了焦化废水的综合处理水质标准，并可能对后续水体造成危害。为了解焦化废水的基本理化性质、环境特征和生物特性，采用离子色谱、icp/ms和gc/ms分析方法对广东韶关焦化厂焦化废水中cod、bod、chroma进行了研究。对焦化废水的生物处理工艺及可能产生的惰性有机污染物进行了分析。结果表明，焦化废水的主要成分为cod、氨氮、挥发性酚、氰化物、硫化物、氟化物和石油类，主要是有机污染物。第一类主要污染物在原水和外部排水中的浓度是安全的。焦化废水中以苯酚为代表的有机物和多环杂环化合物广泛存在于水中。经处理后，间甲酚、酯类、醇类、卤代烃和胺仍进入环境。造成焦化废水处理效率不高，原因是生物系统各组成部分之间不协调，难以维持正常的atpase活性，氮磷缺乏，生物氨中毒。有毒有机物对生物的抑制作用，na+/k+比值失衡。因此，焦化废水处理技术必须考虑污染物的组成、合理的工艺流程和排放水的生态安全。

关键词:焦化废水;水处理;环境学;生物学

1引言

目前，我国炼焦企业1300余家，机焦总产能约3×108t1）。焦化过程中排放到环境中的污染物可分为两个阶段。一种是化学处理过程中损失的空气和土壤中的有害物质，如干馏和焦化，包括烟尘、煤尘、飞灰、原料气、硫化物、氮氧化物、一氧化碳和二氧化碳。二是原料气冷却过程中产生的残留氨水和化学生产回收过程中产生的废水，含有氨氮、苯酚、氰化物、苯溶物等污染物。由于历史和技术的原因，以往的研究多集中在焦化废水中有机污染物含量高、氨氮含量高、无机物CN-、S2-、等方面。针对上述问题，通过对焦化废水水质的综合分析，建立了水污染科学、环境科学与生物特性的关系。目的为建立有毒难降解工业有机废水的处理方法提供一种新的思路。

2材料与方法

2.1仪器设备名称及生产厂家

微波消解仪MS-3 COD（华南环境科学研究所，国家环保局）；Inolaboxilevel2 BOD仪器和Stirroxg自动搅拌BOD电极（德国WTW公司）；PHJDS-107D红外分光光度计（吉林北光分析仪器厂）；ICS-1000型离子色谱仪（DIONEX，美国）；仪器TOC（美国石油分析公司）；QP-2010 GC/MS（日本岛津）；ICP-MS 7500A型（美国安捷伦公司）。

2.2样品分析前处理方法及仪器条件

经简单沉淀和粗滤后，将澄清后的样品保存在冰箱中，并尽快对监测指标进行分析。离子色谱检测条件为：以11.0mmol.L-1硫酸为洗脱剂，流速1.00ml.min-1，柱温35℃。试验前，对水样进行超滤去除有机物，并稀释100倍。焦化废水提取方法：取100ml水，pH值3，提取5ml三氯甲烷3次；将萃余液相的pH值调整到11左右，然后提取5ml三氯甲烷3次。将酸性提取物和碱性提取物混合，加入适量的无水NAS04。有机相在旋转蒸发器中浓缩，用高纯度氮气吹扫干燥。

2.3水样分析和试验方法

CODcr、BOD5、pH、SS、挥发性苯酚、氰化物、S2-、含油量、色度、气味、浊度、温度、电导率、氧化还原电位按《水、废水监测分析方法》（国家环保局，2002年）测定；用COT计数器法测定COT，离子色谱法测定NH+4-N、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-、Br-、I-、NO-2、NO-3、SO2-4、PO3-4。电感耦合等离子体质谱法测定一级污染物和其他金属离子，气相色谱/质谱法测定有机物..

3分析讨论

3.1焦化废水的水质组成特性分析

3.1.1主要物化参数分析

某焦化厂采用碱蒸汽蒸氨工艺，因此进入污水处理站的水温较高，对于油等有机物的溶解度也较大，经除油等预处理后约40℃。可满足生物处理的要求，基本外排正常水温，不会造成热污染排放到水体中。同时，蒸煮过程也使原水pH值在9～11的碱度范围内波动，混凝处理去除部分有机物，去除部分氨氮后，pH值降低。但进入厌氧反应器前，pH值仍需调节到中性基。目前，污水排放标准中只规定了铬和总悬浮颗粒物。除悬浮颗粒外，浊度还反映了可能以胶体、乳液等形式存在的污染物的数量，焦化废水原水呈褐色，相对清澈透明，SS，浊度不高，主要由煤尘组成。焦炭粉尘和油不溶于水。以往的研究表明，在水样中，MES约占COD的10%，而在厌氧和好氧处理中，如果污泥分离不好，可能会产生大量的细菌胶束和含有吸附有机物的污泥。电导率与水中无机酸、碱、盐的含量有一定的关系。焦化废水中含有大量的无机离子，如S2-、CN-、Na+、K+、Cl-等。两级好氧处理后，大部分都是有机物被氧化，氧化技术还原电位不断升高。

3.1.2常见离子及重金属成分

卤素元素和碱金属浓度较高，废水中NO-3浓度高于原水，这是由于硝化作用转化氨氮所致。虽然回流水量约为20%，但由于回流速率不高，总氮含量仍较高。焦化废水具有高氮、低磷的特点。

3.1.3主要的有机物

焦化废水含有多种有机物，含有酚类、喹啉类、呋喃类、烃类、苯系物、胺类、卤素类等有毒/难降解组分。多环芳烃在水中的溶解度较低，可在污泥和生物群中有较多的积累。

3.2焦化废水的环境特性分析

一类污染物不仅在生物体内长期积累，而且还属于环境雌激素。通过对焦化废水中6种一类污染物的监测数据，发现焦化废水原水和外排水中重金属浓度均低于国家标准。处理后，外排水浓度较原水略有降低，总铬、总汞未检出。造成这一现象的原因是：一方面，焦化过程中矿物重金属的含量主要以气体形式排放到大气中，只有一小部分熄焦过程进入焦化废水；另一方面，少量重金属附着在废水中的悬浮颗粒物上，在样品预处理过程中被过滤掉。

3.3焦化废水的生物学特性分析

废水中的主要和微量金属元素：目前焦化废水处理技术的核心是生物技术。焦化废水中各种组分的加入将对生化处理效果产生一定的影响。有些被用作微生物的营养物质，有些则成为生物抑制剂。它们可以调节酸性、细胞渗透压、ph值和氧化还原电位，也可以作为一些自养细菌的能量来源。铁和铜具有明显的价态变化，是细胞生物氧化的分子工具。钙和镁能维持细胞结构的稳定性。钾、钠等用于维持细胞的渗透压平衡或促进物质的运输。混合含磷絮凝剂可以去除部分有毒难降解有机物，降低厌氧负荷，提供合适的磷源。由于废水COD不断下降，较高浓度的氨氮由于好氧作用将逐渐变成亚硝酸盐氮和硝酸氮，然后通过回流至厌氧反应器进一步反硝化为N2，但该步骤较少。与cod还原相比，废水中总氮浓度没有明显降低。因此，在污水生物处理过程中，cod与n、p的比值是不断变化的，因此有必要根据各工艺流程的具体情况调整营养盐的投加量。

4结论

（1）根据焦化废水水质综合分析结果，可判定焦化废水为有毒难降解的工业有机废水，有机物浓度高，组分复杂。耐火材料比重大，无机组分中盐、氨氮含量高，具有饱和、挥发、起泡等污染特性。

（2）采用气相色谱/质谱联用技术，焦化废水中有机成分有10多种，近90种，其中许多成分表现出可再活化性和环境特性，对微生物有严重影响。由于生产水中存在多种有毒有机物，生物系统的氧化和矿化不能完全实现，建议工程设计中应考虑COD的影响。处理后出水BOD等宏观指标不能保证水质安全。

（3）焦化废水处理过程应优先控制主要污染物，并考虑生物降解过程中的营养平衡；由于焦化废水的排放，水中残留有机污染物的排放标准往往是对环境的进一步损害。氟化物、苯并芘、甲基苯酚、苯、甲苯、二甲苯之间，毗邻长链烷烃控制项目，通过定价体系建立了切实可行的水驱生物安全评价。

参考文献：

[1]国家环境保护总局.2003.HJ/T126-2003.中华人民共和国环境保护行业标准《炼焦行业清洁生产标准》[S].北京:国家环境保护总局

[2]国家环境保护总局.2002.水和废水监测分析方法(第4版)[M].北京:中国环境科学出版社

[3]陶文沂.1997.工业微生物生理与遗传育种学[M].北京:中国轻工业出版社,64