煤焦油加氢废水;毕业设计开题报告副本

毕业设计开题报告格式本科毕业设计开题报告 题 目：宝泰隆圣迈公司高温煤焦油加氢废水处理 工艺初步设计 院 （系）： 环境与化工学院 班 级： 环境工程 姓 名： * 学 号： 04 指导教师： * 教师职称： 教授 黑龙江科技大学本科毕业设计开题报告题 目宝泰隆圣迈公司高温煤焦油加氢废水处理工艺初步设计来源工程实际1.研究目的和意义；毕业设计目的意义；环境污染严重高温煤焦油是煤在高温干馏过程中的副产物，是一种黑色或黑褐色的具有刺激性气味的黏稠状液体。相对密度一般大于1g/cm3,成分复杂，主要是芳香族和杂环化合物以及含量为54%56%的沥青1。煤焦油是焦化工业的重要产品之一，其组成成分极其复杂，多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后得到并加以利用。煤焦油精加工可得到多种化工产品，但煤焦油加工过程中会产生大量的有毒废水，该类废水含高浓度有机物、氰等剧毒物质，毒性大，成分复杂2。其中有机污染物主要为单环或多环芳香族化合物以及含氮、硫、氧的杂环化合物，如高浓度的酚、萘、苯胺、吡啶、喹啉、苯并芘等3。酚类化合物对所有的生物都有毒，它们可以使细胞失去活力，蛋白质凝固; 多环芳烃可使人致癌，一般很难生物降解4。现在国内乃至世界都在大力研究焦化废水的处理问题，鲜有人深入研究煤焦油废水。煤焦油加工废水与传统焦化污水即酚氰污水既有相同之处又有很大区别，除都含有较高的氰、氨氮外，煤焦油加工污水中挥发酚、吲哚、苯并芘( a) 、萘、茚、油类等含量远大于传统焦化污水5。煤焦油加氢技术始于1927 年的德国，当时在德国LEUNA 建立了第一座以褐煤、褐煤焦油及焦油为原料，在22MPa 和有催化剂条件下进行加氢处理的工业规模工厂。我国是在20 世纪50 年代开始对煤焦油加氢及其催化剂进行系统研究的，后来由于大庆油田的开发成功，使我国的石油实现了自给自足，导致煤焦油加氢生产燃料油的研究也基本停止。到20 世纪90 年代，随着我国经济的快速发展，对石油的要求越来越大，从1993 年开始，我国已成为石油净进口国。至2009 年，我国石油及原油的对外依存度已双破50%，由此可见，我国石油供需矛盾极为突出，已成为制约经济发展的关键因素之一6。因此，对以煤及煤焦油为原料生产替代石油系列产品的研究又显得重要起来，这使得一批煤焦油加工企业应运而生，逐渐地发展起来。随着煤焦油加工企业的发展，而产生的一系列煤焦油加工废水对环境的严重污染，使人们开始重视这个问题，并开始寻求治理煤焦油加氢废水的办法。故，此次通过对宝泰隆圣迈公司高温煤焦油加氢废水处理工艺的初步设计，寻找一个经济上合理，技术上可行的方案，对高温煤焦油加氢废水的COD、酚类、氰化物、氨氮、硫化物等污染物，进行去除，使出水水质达到可生化降解的程度。毕业设计的目的和意义此次毕业设计，既是对一次我们一个综合测试，也是对我们各方面能力的一个强化的过程。通过上网、去图书馆收集相关资料、查阅各种期刊文献的过程能锻炼我们收集、查阅文献的能力。此次工程方案的工艺选择和设计过程能够培养对成本控制和分析问题、解决问题的能力。在大量的设计计算和CAD绘图工作的过程使我们更加的熟悉计算机的功能和应用。从整个说明书的单独编撰过程中我们的外语应用能力和独立工作能力也会得到相应的的提高。这次毕业设计需要知识和能力是方方面面的，在这个过程中培养我们综合运用自身能力去解决实际问题的能力，让我们提前感受相关工作的过程。2.地理环境位置境域七台河市位于黑龙江省东部的张广才岭与完达山脉两大山系衔接地带，南与鸡西市、牡丹江市相邻，北接佳木斯市、鹤岗市，东连双鸭山市，西通哈尔滨市，周边有13个县、7个国营农场，铁路交通便利。地理位置介于东经1300613158，北纬45164637之间。总面积6223平方公里。是中国三大保护性开采煤田之一，是一座新兴的以煤炭和木材加工工业为主导的城市。地形地貌 地处低山丘陵区，按地形变化可划分为低山丘陵、漫岗地、河滩地和山间谷地四个地貌类型。总的地势为东南高，西北低，由东南向西北逐渐倾斜。气候特征七台河市处于中温带湿润气候区，四季分明，降水各季分布不均。冬季长而干燥寒冷，夏季短而湿热多雨，春、秋两季气候多变，春季回暖快、风大而少雨干旱，秋季降温快，来霜早。年平均温度4.0。最冷月（一月）平均气温为-18.3。极端最低气温达-39.0最热月（七月）平均气温为21.9。，极端最高气温37.4。年平均无霜期为128天，年平均降水量549毫米，年平均日照时数2484.5小时，10积温2550。五至九月降水量占全年降水量的79%，七至九月降水量占全年降水量的60%。水热同季，昼夜温差大。地表水系主要河流17条，穿越全境集水面积达1248平方公里的倭肯河、挠力河两大水系滋润着两岸丰腴的土地。现已形成水库26座，其中桃山水库积雨面积2100平方公里，蓄水量2.64亿立方，是黑龙江省第二大人工水库。（6七台河市政府网）2、国内外发展情况(文献综述)行业特点、水来源、特点、国内外工艺发展2.1 我国煤焦油加工行业煤焦油在加工过程中产生大量的污染物质。主要的废弃物分为废水、废气和废渣。由于现行的处理设备价格昂贵，因此众多中小型企业都未经处理，自由排放，造成污染7。（8高温煤焦油的应用现状分析）2.2 废水来源根据焦油加工生产工艺的特点，煤焦油废水主要来自: 焦油大槽中的焦油静置分离水，此部分污水单独收集; 焦油一段、二段蒸发器分离水，工业萘油水分离器分离水; 焦油大槽分离水与焦油加工各分离器废水送公司废水槽; 洗涤分解NaSO4污水及精酚装置污水，其中精酚高浓污水挥发酚含量在3% 10%，返回洗涤分解配碱槽，回收其中挥发酚，洗涤分解污水单独储存处理; 清扫管道产生的废水以及地表污水，生活污水等。目前我国焦油废水大都未经彻底处理，造成水环境严重污染，同时也威胁到人类的健康5。2.3 水质特点煤焦油加工废水与普通焦化废水成分相似但又有很大的区别，两者主要污染物都是酚、氰以及氨氮，但前者的污染物浓度是远远大于后者的。由于煤焦油的种类、加工程度、目标产品、加工工艺的不同，生产过程中产生废水的来源和成分也会有所差异。本次设计中的宝泰隆圣迈公司高温煤焦油加氢废水主要来源于高温煤焦油加氢工艺的三个工段，分别为减压精馏、冷低温脱盐水和稳压塔回流罐。2.4 国内外工艺发展煤焦油废水处理工艺对于煤焦油加工废水的处理方法，可大致分为两大类，分别是物理化学处理方法和生物处理方法。常用的物理化学法有：萃取法、吸附法、混凝沉淀法、超临界氧化法、臭氧氧化、超声波、Fenton氧化、二氧化氯、焚烧法、等离子体处理技术等。生物处理方法则包括传统活性污泥法和生物强化技术。2.41 混凝法颜家保等8以硅酸钠和硫酸铁制备了一种新型的混凝剂聚硅硫酸铁，探究了聚硅硫酸铁的Fe与Si的摩尔比、pH以及投加量等因素对聚硅硫酸铁的混凝效果。发现当n( Fe)n(Si) =1.001.00，水样pH为6.52以及投加量为20mg/L时，除油率达到90.2%，COD去除率约为62.5%。该絮凝剂之所以表现突出，是因为在制备过程中加入了活性硅酸，改善了聚合物的形态结构。开发成本低、功效大的新型混凝剂有助于废水的高效处理。2.42 萃取法常用萃取剂有苯、丁醇等。目前使用较多的有N-503、TBP及TOPO等。其中N-503是一种最常用的高效脱酚萃取剂，它对酚的萃取分配系数大于苯及其它萃取剂。单级萃取率可达95%以上。但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，须进行二级生化处理。葛宜掌等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酚的含量降至10mg/L以下，除酚率可达99%以上9。2.43 Fenton 氧化法Chu 等10通过改进的Fenton 氧化法，具体是将2 价铁盐替换为铁粉，与过氧化氢一起构成新型Fenton 试剂。通过实验发现没有Fe3 + 产生，并且在pH 为6. 5，过氧化氢浓度为0. 3 mol /L 时，反应1 h后，COD 的去除率达到44%50%，总酚的去除率接近95%。多数有机物，包括双环呋喃、喹啉、间苯二酚、呋喃酚都被完全去除。Fenton 试剂法在处理焦油废水等有毒有害难生物降解有机废水中具有极大潜力，但是该方法处理费用较高，只适用于低浓度、少量废水处理。2.44 超临界氧化法全魁等11在最佳反应条件温度420、压力25 MPa、反应时间30 min、2倍的双氧水氧化剂，采用间歇超临界水氧化装置处理焦油高酚废水，COD去除率达99.1%，出水COD质量浓度152mg/L，除氨氮指标外，出水基本达到国家二级排放标准。氧化剂的加入量对该反应的进行至关重要，过多或过少都会影响出水水质。该方法在处理高浓度有机废水上效果显著。2.45 AA/O 工艺昆明钢铁公司焦化厂利用原有的活性污泥基础设施将焦化厂的生物处理工艺改造成AA/O 工艺。经过调试后系统稳定运行氨氮的去除率大于99%，混凝后COD去除率高于95%，其他污染物排放均达国家排放标准 12。2.46 ENRT工艺刘泽南等13对传统的A/O工艺和A2/O工艺处理煤焦油深加工废水很难达到预期效果，采用新工艺ENRT(短程硝化厌氧氨氧化)来处理煤焦油深加工废水，经过3个月左右的调试，出水COD去除率为92.1%96.1%，氨氮去除率为92.2%100%，可达到污水综合排放标准( GB89781996) 一级排放标准要求。2.47 SHA节能型强化生物脱氮除碳工艺杨庚涵2等采用“SHA节能型强化生物脱氮除碳工艺”进行煤焦油加工废水处理的研究，讨论了各个处理环节运行情况和处理效果。经该工艺对煤焦油加工废水进行处理后，COD、NH3 N 和矿物油的去除率均可达到98%，色度和酚的去除率均可达到99%，氰的去除率可达到95%，各项指标均可达到国家污水综合排放标准( GB89781996) 一级标准。上述物化和生化方法各有其优点，但也存在适用范围窄、选择性强的缺点。由于煤焦油加氢废水具有成分复杂，污染物浓度高等特性，单一的处理方法效果很难达标。因此在处理的过程中，针污染物种类不同，浓度高低不一等情况，常常需要把多种方法结合起来，综合考虑，才能达到较好的处理效果。3、研究/设计的目标： 3.1 设计目标废水来源：来源于高温煤焦油加氢工艺的三个工段，分别为减压精馏、冷低温脱盐水和稳压塔回流罐。废水水量：5m3/h。废水水质：进出水水质见表1，出水进入生化处理工艺。表1 废水水质指标 指标COD总酚氨氮氰化物硫化物进水（mg/L）4814031367310124896678出水（mg/L）25008003002525去除率（%）94.874.595.899.799.63.2 设计要求3.21设计说明书：要求内容系统完整、计算正确、运算简洁明了、文理通顺、书写工整，装订整齐，字数不得少于2.0万字；3.22 文献要求：参考文献不少于15篇，外文文献不少于2篇，近5年的参考文献不少于三分之一。3.23 工艺图纸：要求能准确地表达设计意图，图面力求布局合理、正确清晰，符合制图标准、专业规范及有关规定，用工程字注文。图纸不少于8张（按A1图纸计），要求至少有1张手工图。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）： 基于该废水水量小、污染物浓度高、且含有酚、氰、氨氮等有毒有害物质的特点，宜采用化学方法、物理化学方法进行处理，以降低其有机污染物浓度，提高废水的可生化性。同时在保证处理效果的前提下，需考虑处理成本和有用物质的回收。萃取法适用于高浓度含酚废水的处理，可回收酚油，具有一定经济效益，且含酚浓度越高经济性越好。针对煤焦油加氢废水中含有高浓度难降解有机污染物的特点，宜采用高级氧化法进行处理，高级氧化法处理难降解有机废水具有高效、快速、彻底的优点，同时可进一步去除废水中的氰、硫化物等，保证处理出水水质到达生化处理的要求。综上，本次设计拟采用以“萃取+高级氧化”为核心工艺的方案。4.1拟采用的处理方案 根据现有水质情况，本次设计拟采用的处理方案如下。方案1：“化学沉淀+萃取+蒸氨+高级氧化”， 方案2：“萃取+蒸氨+高级氧化”， 萃取可采用二级萃取，以彻底回收其中的酚油。现结合设计任务要求的处理水质、技术、经济及运行管理进行论证选择：4.2 化学沉淀+萃取+蒸氨+高级氧化4.21化学沉淀法向废水中投加某种化学药剂，使其与水中某些溶解物质产生反应，生成难溶于水的盐类沉淀下来，从而降低水中这些溶解物质的含量，这种方法称为水处理的化学沉淀法。由于煤焦油加氢废水中含有较高的硫化物，且要求的去除率高达99.6%，结合方案设计废水水量小的特点以及有用成分回收原则，可采用化学沉淀法来处理。这种方法拥有速度快，效率高，投资小，操作简单等特点。4.22萃取法溶剂萃取法是利用难溶于水的萃取剂与废水接触，使废水中酚类物质与萃取剂结合，实现酚类物质的相转移。溶剂萃取法有物理萃取法和络合萃取法两种，其关键工艺有两个：一是富集操作，即将待分离的酚类废水和萃取溶剂混合，酚类化合物被萃取剂中的络合剂络合而转移至萃取相中；二是反萃取操作，即为了实现有价值酚类化合物的回收和萃取剂的循环利用，将萃取剂进行再生处理。与传统的工业处理方法相比，该法投资省、占地面积小、设备操作弹性大、消耗低，不但解决了高浓度废水处理这一技术难题，降低了环境污染，保障了生产系统的长期、稳定、连续运行，而且回收的酚可以化工原料出售14。综合考虑该方法，在技术上满足高浓度含酚废水的处理，稳定可靠，有经济效益，前期投入小，运营成本低，设备操作运行简单，适合作为在本次设计的小水量高浓度煤焦油加氢废水中作为收酚工段。4.22蒸氨工艺蒸氨塔从属于解吸塔，是使溶解于循环水中的氨气通过热载体的传热而挥发释放出来的操作设备。采用一般的载热体水蒸汽作为加热剂，使循环水液面上氨气的平衡蒸汽压大于热载体中氨气的分压，汽液两相逆流接触，进行传质传热，从而使氨气逐渐从循环水中释放出来，在塔顶得到氨蒸汽与水蒸汽的混合物，在塔底得到较纯净的循环水。废水中的氨氮主要以铵离子形态存在，利用传统的汽液传质方法将氨氮从废水中分离出来并加以利用的方法，是目前最可靠最成熟的氨氮分离方法之一15。该方法相比其他技术具有流程简单，技术成熟、适应性强、处理效果稳定、氨氮可回收利用等特点。其技术上成熟可靠，经济性较好，运营管理简便，适合在本次小水量高浓度煤焦油加氢废水的设计中作为脱氨工段。4.23高级氧化处理高级氧化（Advanced Oxidation Process,简称AOP）又称深度氧化，主要包括光化学氧化、催化湿式氧化、声化学氧化、臭氧氧化、电化学氧化、Fenton氧化和超临界水氧化法16 。是利用活性极强的自由基(如OH)氧化分解水中的难降解有机污染物的新型氧化除污染技术。OH的标准氧化还原电位高达2.8V，比其他常见的氧化剂（F2除外）具有更强的氧化能力，使水中的有机物质迅速被氧化得到降解，并最终氧化分解成为CO2和H2O，使有机污水中的COD值大大降低，对高稳定性，难降解的有机污染物尤为有效。相比于其他方法，高级氧化技术对煤焦油加氢废水中的浓度高，稳定性强，难降解的有机污染物的去除有特效，具有降解彻底、无二次污染、停留时间短等特点。工艺比选拟选取的方案一为：化学沉淀+萃取+蒸氨+高级氧化，方案二为：萃取+蒸氨+高级氧化。由于核心工艺已经确定，二者在工艺上大体相似，方案一比方案二多了一个化学沉淀步骤，故针对方案一和方案二的比选主要在于化学沉淀这一工段是否合理。化学沉淀法，反应简单，主要构筑物为沉淀池，且由于其处理水量很小为5m3/h，故需要的化学沉淀池池体的占地很也小，需投加的药剂量也较少，投资成本和运行费用也较低，从来技术、经济、运营、管理上来说都是合理可行的范围内的。且从工艺上看，宝泰隆煤焦油加氢废水属高浓度含废水，若不增加化学沉淀工段对硫化物进行处理，高浓度的含硫废水在蒸氨工段中会产生大量的游离态的硫化氢，随蒸汽从塔顶逸出，对蒸氨塔产生很严重的腐蚀，对设备的危害很大，而且会对氨的回收造成影响。且高级氧化阶段的负荷会变大，出水的硫化物浓度也将无法达到出水水质要求。且在我院一次对宝泰隆高温煤焦油加氢废水处理的研究实验中，实验结果验证了方案一是可行的。如下表2故在综合考虑下应该选取方案一：化学沉淀+萃取+蒸氨+高级氧化，作为宝泰隆圣迈公司高温煤焦油加氢废水的处理工艺。表2 宝泰隆高温煤焦油加氢废水处理效果一览表原水脱硫萃取蒸氨氧化COD52428169576814215285316氨氮2224242555酚590035659硫化物1520028未检出5、方案的可行性分析：6、该设计的创新之处7、 时间进程任务下达日期： 2015 年 1 月 5 日论文开题日期： 2015 年 3 月 9 日论文开始日期： 2015 年 3 月 16 日中期检查日期： 2015 年 5 月 8 日论文完成日期： 2015 年 6 月 20 日时间（周）任务一二三四五六七九十十一十二十三十四十五十六十七开题及外文翻译工艺流程计算平面及高程计算平面及高程草图构筑物一、二草图构筑物三、四草图平面高程流程图纸构筑物一、二图纸构筑物三、四图纸说明书编写整理说明书修改准备答辩外文翻译答辩时间工作内容设计成果第1周正式开题完成开题报告和开题答辩第212周完成所有设计计算设计图纸初稿第13周完成说明书的编写说明书初稿第14周在指导老师的帮助下，对说明书进行查漏补缺说明书第15周对所有成果进行复习检查，准备答辩上交说明书及图纸，预答辩第16周毕业答辩8、 参考文献：1 马建亮，彭亚伟，李国军，等利用煤焦油加氢转化试制燃料油J河南冶金2005，13(6)：37-452 杨庚涵，单明军，曹天宇，等. 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