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本科毕业设计开题报告题目：85m3/h焦化废水酚回收车间的初步设计专题：院（系）：环境与化工学院班级：姓名：学号：2010021020指导教师：教师职称：2014年3月黑龙江科技大学本科毕业设计开题报告题目85m3/h焦化废水酚回收车间的初步设计来源工程实践1、研究目的和意义我国淡水资源十分短缺，人均拥有量2300m3，相当于世界人均水平的1/4，居世界100位。1997年起，我国水污染治理工作一直是以工业废水治理为主的局面。目前我国水污染已成为不亚于洪灾、旱灾甚至更为严重的灾害。未来城市的最大危害就是废水，造成我国水污染严重的主要原因之一是工业废水，大量的工业废水未经处理排放导致了严重的水污染。作为一个水资源极度紧缺的国家，我国的水环境现状不容乐观。水资源紧缺矛盾的日益加剧，使得工业废水处理成为水污染治理的首要任务。煤炭是我国的主要化石能源之一，在我国能源生产结构中占据相当重要的地位，在目前各级能源消耗结构中，煤炭消耗占消耗总量的2/3。由于世界石油资源的紧缺，使得煤化工替代石油化工的发展趋势日益迅速[1]。我国工业废水处理行业正在快速发展，废水处理总量逐年增加，工业废水处理率不断提高。建立工业废水处理车间可以有效的提高废水利用率。焦化废水是煤在高温干馏过程中以及煤气净化、化学产品精制过程中形成的废水，其中含有酚、氨氮、氰、笨、吡啶、吲哚、喹啉等十几种污染物，成分复杂，污染物浓度高、色度高、毒性大、性质非常稳定，是一种典型的难降解有机水。目前，水资源短缺和水环境污染造成的水危机已经成为我国社会经济发展制约的重要因素，为此采用保护和利用相协调的水资源开发利用模式，通过对废水的净化和水体保护，尽最大的使水资源不再受到破坏并实现良性的再生循环。没有水的可持续保护和利用，社会经济的可持续发展就不可能实现。我国目前水环境的污染与破坏是十分严峻的，而工业废水引起的污染问题尤为突出，发展新型综合的废水处理技术，特别是新型的有机废水处理技术，实现有机工业废水的达标排放及循环利用，对保护环境，提高人们的生活质量，实现经济社会的可持续发展具有重要的战略意义和现实意义。我国是焦炭生产大国，焦炭总产量是世界总产量的36%。焦炭出口量占世界焦炭贸易出口总量的50%以上。因此焦化废水的处理对环境保护非常重要。2、国内外发展情况(文献综述)美国是目前世界上废水处理厂最多的国家，平均5000人就有1座，其中78%为二级生物处理厂；美国共有处理厂约8000座，平均7000人一座，几乎全部是二级生物处理厂；日本城市废水处理厂约630座，平均20万人一座，但其中二级处理厂及高级处理厂占98.6%；瑞典是目前废水处理设施最普及的国家，下水道普及率99%以上，平均5000人1座废水处理厂，其中91%为二级生物处理厂。这些国家的经验表明，大力兴建二级处理厂对改善水体卫生情况起了很大的作用。如美国7000多条河流的水质有了明显改善；日本不符合环境标准水域，已从1971年的0.6%下降到1980年的0.05%；欧洲莱茵河的有机污染已基本控制，部分河段水质明显改善，鱼类复生；英国泰唔士河绝迹了100多年的鱼群又重新出现，目前已达119种。截至上世纪70年代，发达国家基本上普及二级处理。但二级生物处理耗能多，运行费用高，基建投资也不低。发展中国家普遍“建不起”，或是“养不起”，因此纷纷寻求适用于本国国情的经济高效技术。就连美国也因废水处理费用的高昂引起了许多的非议，据悉，美国每年二级生物处理厂所耗能量费用已超过10亿美元，因此他们也在大力研究新技术，或改革传统的流程。煤化工在我国是发展前途很大的一个产业，特别是新型煤化工将是“十二五”和更长时期的一个重要产业。煤气化被誉为新型煤化工产业的龙头技术，近年来利用煤气化合成化工产品的新型煤化工项目方兴未艾。我国煤气化工项目主要分布在内蒙古、陕西、新疆、山西、辽宁、河南等煤炭产地，而这些地区大多属于水资源缺乏的地区。水资源缺乏地区往往也面临地表水环境容量有限的问题，有些地区甚至没有纳污水体[2]。但恰恰这些煤化工项目需水量巨大，也相应地产生了大量废水，且废水组成成分十分复杂。废水中主要含有焦油、苯酚、氟化物、氨氮、硫化物等对人体毒性极强的污染物，含量很高，且排放量巨大，对环境的污染十分严重。废水处理事业开始于1921年。上海首先建立了北区废水处理厂，1926年又见了西区和东区废水处理厂，总处理能力为4万吨/日。近几年来随着经济的发展，水污染控制所面临的问题也越加严重，目前不仅大、中。小城市建立了废水处理厂，还有些郊区也建设污水处理厂。然而和先进国家相比，我国废水处理事业从数量、规模、普及率以及机械化、自动化程度上，还都存在着较大的差距。按照《城市污水污染控制技术政策》要求，城区人口达50万以上的城市，必须建立废水处理设施；在重点流域和水资源保护区，城区人口在50万以下的中小城市及村镇，应依据当地水污染控制要求，建设污水处理设施。在宪法中也有文明规定，并组建了许多专门生产环保设备和给排水机械的专业工厂，许多产品已系列化，但自动化仪表，检测仪与国外差距还很大，资金不足乃是根本问题。我国自己开办的第一座焦化厂是1914年开始修建的石家庄焦化厂，现在我国焦化工业已伴随钢铁工业已发展成为煤化工领域中重要的分支，达到了较高的水平。目前我国焦化厂广泛使用的工艺是延迟俩段好养生物脱酚工艺，基本上由除油池、调节池、浮选池，曝气池、二次沉淀池、混凝沉淀池和鼓风机等设施组成。由于氨氮浓度太高，故在进入生化处理装之前，污水先混合送蒸氨装置脱出大部分氨氮污染物。3、研究/设计的目标：目前，废水治理呈现“两高两难”的态势，即废水排放量大，处理难度大，污染物浓高，运行成本高。为了促进工业经济与水资源及环境的协调发展，《国家环境保护“十二五”规划》在化学需氧量和二氧化硫两项约束性指标的基础上又增加了氨氮和氮氧化物两项新指标。同时，随着一些地方政府的更为严格的废水排放标准相继颁布、实施，无论是从经济效益还是环境效益、社会效益来考虑，寻求处理效果更好、工艺稳定性更强、运行成本更低的废水处理工艺都将成为大型煤化工企业创新和发展的必由之路[3]酚类化合物在化学工业中有着广泛的用途，是重要的有机化工原料，同时具有较强的毒性。它大量存在于煤焦油及各种煤的液化和气化产物中，是煤加工过程的主要副产物之一，通常以含酚废水的形式危害生态和环境。随着煤炭转化、化学工业的发展及环境保护严格标准的实施，含酚废水的治理已成为人们高度重视的环保问题。处理工业含酚废水，一方面应使其含酚量大幅度下降，减少对环境的污染，另一方面则应尽量回收废水中有价值的物质，使其变废为宝。多年来，国内外研究者对含酚废水的治理与酚类回收做了大量的工作，并已研究出多种方法。可用于回收含酚废水中酚类的方法主要有蒸汽脱酚法.、吸附脱酚法和溶剂萃取脱酚法。这些方法能部分回收酚，仍需配之以生化或化学方法。近年来，含酚废水中酚类回收方法与技术的研究取得一些重要突破，为较彻底地回收酚类和一步脱酚达标提供了可能性。本文着重对含酚废水中酚类回收方法及进展进行评价和探析，主要是通过萃取工艺将焦化废水中的酚得到回收，使焦化废水达到排放指标，从而达到保护水资源的目的。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：炼焦煤一般都经过洗选，常规炼焦时，装炉煤水分控制在10%左右，这部分附着水在炼焦过程中挥发逸出；同时煤料受热裂解，又析出化合水。这些水蒸气随粗干馏煤气一起从焦炉引出，经初冷器冷却形成冷凝水，称剩余氨水，该股废水含高浓度的氨、酚、氰化物、硫化物、以及有机油类等，这是焦化工业主要治理的废水。焦化废水中含有很多有害物质，必须对废水进行妥善的回收处理才能外排，焦化废水处理目前常用的是物理化学工艺、生物处理工艺还有一些水处理新技术[4]。一、物理化学工艺1.吸附法吸附法处理废水是利用多孔性吸附剂吸附废水中的一种或几种溶质，是废水得到净化。常用的吸附剂有粉煤灰、活性炭、硫化煤等。2.混凝法混凝法的主要作用是去除水中微小悬浮物和溶胶杂志，焦化废水经过生化处理后会残留一些微小的固体悬浮物，造成COD和色度不能达到排放标准，采用混凝方法进行后续处理，可有效的降低COD和色度，从而实现焦化废水处理指标全面达标。该法处理费用低，可以间歇使用也可以连续使用。3.光催化氧化法光催化氧化法是通过光激发半导体催化剂产生光电子和光生空穴，进而与吸附在催化剂表面上的物质发生化学反应过程，对酚类和其他有机物质有较高的去除率。其工艺结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染。4.气提及蒸馏气提法气提法是根据挥发性酚类化合物与水蒸气形成共沸化合物，利用酚在俩相中的浓度差将酚水分离，从而使水得以净化。高浓度的含酚废水可用气提法处理，去除率在80%—85%。此种方法可回收酚，效率高、操作简单，但对不挥发性酚不能使用。蒸汽脱酚法是挥发酚可与水蒸气形成共沸混合物。利用酚在俩相中平衡浓度的差异，在强烈对流中，酚有水相转变成气相，从而可使废水得以净化，并可以利用碱液回收粗酚，本法主要用于高浓度挥发酚的处理上，且回收酚的质量好，不带进其它污染物。5.夜膜法液膜分离技术和溶剂萃取工程相似，也是由萃取与反萃取俩个过程构成的。但是在夜膜分离过程中，萃取和反萃取是同时进行，一步完成的。其传递速率明显提高，甚至可以实现浓度从低浓度向高浓度的传递，使分离过程所需要级数明显增多，大大节省了萃取剂的消耗量。6.萃取法萃取法主要是利用难容于水的萃取剂与废水接触，使废水中的酚类化合物在从水相转移到溶剂相中，从而达到酚类物质与水分离的目的。根据目前回收和处理含酚废水的技术水平和经济核算的结果，对于浓度高于1000mg/L的高浓度含酚废水，采取溶液萃取工艺，不失为一种经济高效的处理方法[6]。萃取法的实际应用表明，萃取剂及萃取设备的选定是至关重要的，这关系着废水处理的成本。正是以降低成本、提高效率为目的，萃取法不断得到发展。萃取法处理废水的优点在于过程简单，萃取剂经过再生可重复使用，可以产生一定的经济效益;它的缺点在于能耗高，可能发生萃取剂残留在废水中的情况，影响后续的处理过程[5]溶剂萃取通常指物理萃取，基本上不涉及化学反应的物质传递过程。统计萃取法回收含酚废水中酚类的一个关键环节是萃取剂的选择。目前我国多采用重笨油作萃取剂，它在我国的煤炭基地山西应用很广。其他萃取剂还有醋酸丁酯、汽油、粗苯、硝基苯、二甲苯溶剂油、焦油洗油、异丙醚、N-503等。但现有的萃取剂分别存在着以下主要缺点：1.萃取效能低如粗苯对苯酚的萃取平衡常数仅2-3，脱酚率仅为85%。2.毒性大，易造成二次污染如重苯油等。3.易乳化，分离困难如焦油洗油。4.来源少，价格高如N-503，异丙醚。不过，N-503为国内普遍使用的性能较为优良的萃取剂之一。异丙醚由于具有较高的脱酚效率，受到了国内外的重视。萃取脱酚工艺或设备是萃取脱酚的另一关键。萃取脱酚有很多不同工艺，如振动萃取、脉冲萃取、离心萃取、文氏管萃取和卧式串联萃取等。常用的萃取剂有笨、丁醇等。目前使用较多的有N-503、TBP及TOPO等。其中N-503是一种最常用的高校脱酚萃取剂，它对酚的萃取分配系数大于笨及其它催化剂。单级萃取率可达95%以上。但笨萃取后的废水含酚量仍不符合排放标准，且在废水中含微量萃取剂，可能造成二次污染。因此，N-503萃取法对高浓度含酚废水，仅作为一级回收处理。欲使废水达到排放标准，需进行二次生化处理。葛宜掌进一步提出了用协同络合萃取法回收含酚废水中的酚类方法。在此方法理论的基础上，开发了4种HC新型萃取剂，其中，使用HC-3和HC-4萃取剂单级萃取可使废水中的酚含量降至10mg/L以下，出酚率可达99%以上[7]。二、生物处理方法生物处理法的基本原理是利用微生物吸附和分解废水中的酚类物质，把有害物质转变为稳定的无害物质，其优点是设备简单、处理效果好、受气候条件影响小等：其缺点是预处理要求高，运行开支较大。应有较多的有活性污泥法、生物滤池法、接触氧化法及生物硫化床法。虽然含酚废水种类繁多，各种工业含酚废水的特性也不尽相同