焦化废水处理过程中固相物质的产生及其处置生命周期3E评价

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焦化废水产生于煤化工生产过程,水质成分复杂,废水处理一般结合化学、生物或物化技术,在整个处理过程中可以实现污染物的控制,但也伴随着多种固相物质的产生,包括焦油、污泥和结晶盐等,这些物质既有污染特性,又有资源属性,目前缺乏对三类固相物质处置方法的能源、环境和经济评估。本研究在“预处理+生物处理+深度处理”这一焦化废水实际处理工程通式上增加了脱盐环节,分析了焦化废水处理过程中不同阶段焦油、污泥(物化污泥和生物污泥)和工业盐的形成机制,总结了三类固相物质的来源,以此为基础,建立固相物质质量当量计算模型,为合理决策固相物质处置方案提供数据支持。固相物质处置技术的选择是一个难题,需要在能源消耗、环境影响和经济成本之间取得平衡,是一个多准则目标决策问题。本文将多属性效用理论与生命周期评价方法相结合,量化能源、环境和经济指标,对三类固相物质的不同处置方法进行评价。评价过程中采用层次分析法对指标分配权重,构建了基于生命周期能源、环境和经济(Energy,Environment and Economy)3E评价的固相物质处置整体决策模型,为固相物质处置方法的选择提供参考依据。以宝武集团韶关钢铁股份有限公司焦化厂的焦化废水处理二期工程作为研究对象,利用A/O/H/O(厌氧/好氧/水解/好氧)流化床工艺的工程运行参数和水质统计数据进行实际固相物质产量核算,焦油、物化污泥、生物污泥(含水率为80%)和工业盐的产量分别为0.268 t·d-1、8.35 t·d-1、6.10 t·d-1和2.84 t·d-1,单位产率分别为0.186 kg·m-3、5.80kg·m-3、4.24 kg·m-3和1.97 kg·m-3,并与实际生产年度统计数据进行校验。对焦油、污泥和工业盐三类固相物质的不同处置方法进行排列组合,构成八种处置组合方案。以三类固相物质的年产量作为功能单元,从能源消耗、环境影响和经济损益角度对固相物质的处置方案进行分析,采用层次分析法对能源、环境和经济赋予权重,分别为16.3%,29.7%和54.0%,生命周期评价结果表明,焦油深加工生产高附加值产品,污泥热解回收可燃气和固相产物吸附剂和生物油,结晶盐进行分盐提纯处置是焦化废水处理过程中产生的固相物质的最佳处置途径,在能源消耗最小、环境影响最小和经济效益最大之间取得了平衡,实现了固相物质在危险废物与产品/资源之间的性质转化。可变性分析结果证明了决策结果的稳健性。焦化废水处理过程中产生的固相物质的分质管理与归趋需要结合先进的技术与严格的法规,可以实现能源回收、环境友好和经济效益的协同。
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