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摘要：焦粉具有與活性炭相似的性質(zhì)，可作為活性炭的替代材料應(yīng)用于焦化廢水處理。文章介紹了關(guān)于焦粉改性為焦粉活性炭以及直接作為吸附劑處理焦化廢水的研究，總結(jié)了各研究焦粉投加量、焦粉粒徑、吸附時(shí)間、廢水pH值對(duì)焦化廢水處理效果的影響，同時(shí)分析了該技術(shù)在工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題。結(jié)果表明該技術(shù)有待優(yōu)化，其巨大的潛力應(yīng)引起更多的關(guān)注。

關(guān)鍵詞：焦粉；焦粉活性炭；焦化廢水；水處理；有機(jī)污染物

隨著我國(guó)對(duì)焦化行業(yè)環(huán)保要求的提高，焦化行業(yè)“三廢”治理問(wèn)題逐漸成為制約企業(yè)發(fā)展的重要因素，其中焦化廢水因其產(chǎn)量大、危害高、處理難成為焦化行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。生產(chǎn)每噸焦炭焦化廢水產(chǎn)量約0.3～0.4t，來(lái)源主要有：①焦?fàn)t煤氣冷凝液進(jìn)行了廢氨回收處理的剩余氨水；②焦?fàn)t煤氣中的化學(xué)產(chǎn)品回收和精制過(guò)程中工藝介質(zhì)的分離水；③循環(huán)系統(tǒng)排水、水封水、沖洗水；④廠(chǎng)區(qū)生活污水等。焦化廢水含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等幾十種污染物，成分復(fù)雜，污染物濃度高、色度高、毒性大，性質(zhì)非常穩(wěn)定，是一種典型的難降解有機(jī)廢水［1］。現(xiàn)階段焦化企業(yè)對(duì)焦化廢水的處理工藝一般為：物化處理→預(yù)處理→常規(guī)處理→熄焦。其中物化處理主要是工藝段的“脫酚、蒸氨”，預(yù)處理主要是混凝、除油，常規(guī)處理主要是生化處理（A2／O等）＋混凝沉淀，出水進(jìn)行濕法熄焦［2］，這樣看似達(dá)到焦化廢水的“零排放”，實(shí)則用于熄焦的廢水蒸發(fā)對(duì)環(huán)境造成了較大的破壞。隨著干法熄焦的推廣，焦化廢水已再無(wú)出路，必須為企業(yè)回用，然而早期的常規(guī)處理工藝對(duì)氨氮和COD等物質(zhì)去除能力有限，很難達(dá)到嚴(yán)格的回用水質(zhì)要求。歸納焦化企業(yè)廢水處理存在的主要問(wèn)題主要有以下方面：焦化廢水含有大量難生物降解有機(jī)物，需要配合高級(jí)催化氧化等化學(xué)處理，導(dǎo)致廢水處理成本偏高；經(jīng)過(guò)生化處理后，氨氮可有效去除，但COD去除有限且色度過(guò)高，增大了后續(xù)深度處理回用的難度。如何使焦化廢水在較低成本投入下取得良好的處理效果以達(dá)到回用目的成為現(xiàn)今行業(yè)研究的課題。焦粉是破碎焦炭過(guò)程中產(chǎn)生的粒徑小于5mm的焦炭。焦粉作為焦化企業(yè)副產(chǎn)品之一，約占焦炭成品的4％［3］，主要來(lái)源于焦化廠(chǎng)的篩分工段、環(huán)境除塵站以及干法熄焦工藝除塵站，可連續(xù)大量產(chǎn)出。收集后的焦粉一般用做配煤回爐煉焦，也可作為碳材料用于高分子、電子、建筑等行業(yè)。焦粉經(jīng)過(guò)高溫煅燒和活化，具有與活性炭相似的孔隙結(jié)構(gòu)，兼具自產(chǎn)自用、無(wú)需粉碎和廉價(jià)易得的特點(diǎn)［4］，正逐漸引起人們重視并被研究應(yīng)用于替代活性炭成為焦化廠(chǎng)廢水達(dá)標(biāo)處理的吸附材料。

1焦粉活化改性

焦粉與活性炭相比孔隙較少，吸附能力較差，因此需要通過(guò)改性活化增強(qiáng)其吸附能力。張彩榮等［5］用焦粉及煤焦油為原料，經(jīng)過(guò)高溫炭化活化制備出中孔大孔發(fā)達(dá)的焦粉活性炭材料；雒和明等［6］在活化時(shí)間80min，活化溫度900℃，KOH與廢棄焦粉的質(zhì)量比為4，焦粉粒徑小于0.05mm條件下制備出亞甲基藍(lán)吸附值遠(yuǎn)高于凈水炭的焦粉活性炭，產(chǎn)率為35.6％；田陸峰［7］、張勁勇［8］將焦粉經(jīng)過(guò)高溫活化后，再分別利用H2SO4、HNO3和NaOH改性，表明不同的改性劑有不同的改性機(jī)理，酸改性能較好地提高焦粉的吸附性能。將焦粉活化改性生產(chǎn)焦粉活性炭可替代商品活性炭是焦化廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)焦粉綜合利用處理焦化廢水的可行方法，但活化改性工藝將導(dǎo)致水處理成本增加。

2焦粉直接作為吸附劑

國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量關(guān)于焦粉直接作為吸附劑處理焦化廢水的研究，其中有將焦粉用于生化處理后的深度處理工藝［9－12］；還有將焦粉用于吸附未經(jīng)生化處理的焦化廢水［13－15］。各研究者在焦粉吸附條件如：焦粉投加量，焦粉粒徑，吸附時(shí)間以及pH值等方面做了以下研究。

2.1焦粉投加量

在焦粉投加量對(duì)吸附效果的影響研究中，其他條件基本相同時(shí)（吸附時(shí)間為3h，焦粉粒徑為0.1～2mm），焦粉投加量越大，吸附效果越好。李婭［9］以生化處理后的焦化廢水（COD約為275mg／L，色度1396°，pH值為4）為研究對(duì)象，在焦粉投加量為100g／L時(shí)，COD去除率為70％，色度去除率75％；徐淵皓［10］以生化處理二沉池出水（COD約為200mg／L，pH值為4）作為研究對(duì)象，在焦粉投加量為133g／L時(shí)，COD去除率為71％；陳鵬等［11］以生化處理＋催化氧化出水（COD約為60～80mg／L，色度40～50倍）為研究對(duì)象，在焦粉投加量為80g／L時(shí)，COD去除率為37.4％，色度降低至23倍；余柏林等［12］以生化處理出水（COD約為176mg／L，pH值為7～9）作為研究對(duì)象，以焦粉為濾料，1t焦粉過(guò)濾200t廢水（濾料量為5g／L），COD去除率為60％。張洪恩等［13］以除油蒸氨處理后的焦化廢水（COD約為3750mg／L，pH值為8）為研究對(duì)象，在焦粉投加量為20％，即200g／L時(shí)，吸附時(shí)間為1min，COD去除率為60％；MoheZhang等［14］以焦化廢水（COD約為16000mg／L，色度25000°，pH值為9.1）為研究對(duì)象，在焦粉投加量為200g／L時(shí)，吸附時(shí)間為6h，COD去除率為91.6％，色度去除率為90％。

2.2焦粉粒徑

在焦粉投加量對(duì)吸附效果的影響研究中，其他條件基本相同時(shí)，李婭［9］、陳鵬［11］、余柏林［12］、張洪恩［13］研究表明焦粉粒徑為0.1～0.2mm吸附效果最好，徐淵皓［10］研究表明焦粉粒徑為2.2mm吸附效果最好。隨著焦粉粒度的增大，其比表面積和氣孔率明顯降低，有效吸附能力下降，因此焦粉粒度越小吸附性越好［13］。

2.3吸附時(shí)間

李婭［9］、徐淵皓［10］、余柏林［12］研究表明在勻速攪拌條件下，3h為吸附的最佳時(shí)間。吸附時(shí)間過(guò)短，由于受焦粉吸附速率的影響，廢水中有機(jī)物不能在焦粉表面被充分吸附，吸附處理后的出水和色度均不達(dá)標(biāo)；吸附時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，單位質(zhì)量焦粉的水力負(fù)荷就會(huì)減小，焦粉用量隨之增大［9］。2.4pH值李婭［9］、徐淵皓［10］、陳鵬［11］研究表明pH值為2～4時(shí)，焦粉對(duì)COD去除率更高。廢水呈酸性更有利于焦粉發(fā)揮吸附作用，這也與前面所述焦粉酸性改性增強(qiáng)吸附能力相吻合。張洪恩［13］研究表明廢水pH值對(duì)焦粉吸附去除COD、揮發(fā)酚幾乎沒(méi)有影響。

3存在的問(wèn)題

3.1投加量在各研究中，使焦化廢水COD去除率為40％到75％的焦粉投加量為80g／L到200g／L（吸附時(shí)間約為3h）。然而在實(shí)際工程中，噸焦產(chǎn)生廢水為0.3～0.4t，噸焦產(chǎn)焦粉約為4％，可用于焦化廢水處理的焦粉約為1％～2％，加上焦化生產(chǎn)間歇周轉(zhuǎn)，在僅用自產(chǎn)焦粉的情況下，投加量大于80g／L都是不合理的。

3.2投加方式

一些研究者在發(fā)明專(zhuān)利中對(duì)焦粉投加方式以及工業(yè)生產(chǎn)模式進(jìn)行了設(shè)計(jì)。劉憲［15］將焦粉替代活性炭裝在吸附塔中進(jìn)行吸附，吸附時(shí)間為3～4h，一旦吸附飽和，過(guò)濾設(shè)備中的焦粉更換無(wú)法進(jìn)行機(jī)械化操作，完全是間歇式的加入和排出，人工用量和強(qiáng)度都極大。而且該設(shè)計(jì)未考慮過(guò)濾速度問(wèn)題，若使用其推薦的方法所需吸附塔數(shù)量極大，實(shí)際布置操作都有一定難度。余柏林、凌亮以投加裝置將焦粉加入反應(yīng)器（池）內(nèi)進(jìn)行吸附的方法［16，17］也值得商榷，因?yàn)榻狗蹃?lái)源于除塵站，粒徑極小，如果直接投加沒(méi)有做好防塵措施，可能造成粉塵的二次污染，而且焦粉密度小于水導(dǎo)致與焦化廢水?dāng)嚢杌旌想y度大。

4結(jié)論與展望

綜上所述，焦粉對(duì)焦化廢水中的污染物有較強(qiáng)的吸附能力，但焦粉的投加量和投加方式存在一定的問(wèn)題。后續(xù)的研究應(yīng)該對(duì)焦粉物化性質(zhì)進(jìn)行更深入的分析，篩選吸附能力強(qiáng)的焦粉，并對(duì)焦化廢水分級(jí)分類(lèi)處理，做到焦化企業(yè)自產(chǎn)焦粉的合理利用。另外，焦粉投加工藝應(yīng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這對(duì)該工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)關(guān)于焦粉處理焦化廢水的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，技術(shù)尚未成熟，各操作參數(shù)有待于優(yōu)化論證。但不可否認(rèn)的是焦粉有著巨大的使用價(jià)值，應(yīng)進(jìn)行更多的研究最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化，突破焦化企業(yè)環(huán)保難關(guān)。

作者：王海峰 蔣召友 張秋丹 單位：西安華江環(huán)保科技股份有限公司