臭氧催化氧化深度处理焦化废水的试验研究

北极星环保网讯:摘要:针对生化后焦化废水CODcr无法达标的问题,通过中试研究了臭氧催化氧化技术深度处理焦化废水的效果,考察了臭氧投加量、反应时间、pH值、催化剂对CODcr去除率的影响,确定了最佳运行参数。结果表明:连续运行68d,当进水CODcr为140~200mg/L,反应时间为1．5h,臭氧投加量为80mg/(L•h)时,CODcr平均去除率大于60%,出水满足《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171—2012)的要求。运行费用仅1．30元/m3,是强制混凝沉淀技术的1/4~1/2。工艺运行稳定、可靠,催化剂使用前后,比表面积、孔结构等均未发生明显变化,催化剂未发生失活现象。

关键词:臭氧;催化氧化;焦化废水;深度处理

焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水,成分复杂,含有数十种无机和有机化合物,无机化合物主要是铵盐、硫氰化物、硫化物、氰化物等,有机物主要有苯酚及其衍生物(约占60%)、苯类及其衍生物(约占10%),以及其他多环、杂环有机化合物共50多种[1],其中吡啶、喹啉、萘和苯酚是焦化废水中典型的难降解有机物,由于其毒性大,具有致畸、致癌和难生物降解等特点,致使传统生物处理方法对其降解效果不佳,出水化学需氧含量(CODcr)浓度偏高[2],难以达到国家排放标准[3]。

目前国内焦化废水的主要处理方法是生化法,多采用A/O、A2/O、A2/O2及序批式活性污染法(SBR)工艺[4]等,但这些生化工艺对难降解有机物的去除效果较差,出水CODcr在200~350mg/L[5],无法达到《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171—2012)的要求,因此一般焦化企业在生化法处理焦化废水的工艺末端,通过投加氧化剂、混凝剂、絮凝剂等多种药剂,采用强制混凝沉淀的方法,使处理出水达到排放要求。

而这种物化方法具有运行成本高、人工操作负荷大、出水水质波动大的缺点,出水CODcr在70~120mg/L。

随着国家逐步实行更为严格的排放标准,焦化废水无法达标排放、回用,严重制约了焦化行业的清洁发展。研究和开发高效、经济的焦化废水的深度处理技术与工艺,对于减少环境污染、实现水资源的再生利用具有重要意义。

臭氧催化氧化技术是一种高效的污水深度处理技术,是近年来工业污水处理领域的研究热点。臭氧催化氧化法即在传统的单独臭氧氧化体系中引入催化剂,以提高臭氧的氧化电势[6-7],同时利用催化剂协同臭氧氧化可以降低反应活化能或改变反应历程,诱导臭氧分解产生比臭氧活性更高且几乎无选择性的各类自由基(主要为羟基自由基•OH)[8-10],达到快速、最大限度去除有机物的目的。

与其他处理方法相比,臭氧催化氧化技术具有反应条件温和、处理效果好、便于连续操作、适用范围广和无二次污染等优点[11],在焦化废水的深度处理方面,具有很好的应用前景。本文采用臭氧催化氧化工艺进行现场中试,对深度处理焦化废水进行研究,以期为工程设计和实施提供参考。

1试验

1．1试验用水

1．2试验装置及方法

试验装置主要由臭氧发生系统、臭氧催化氧化反应器装置和臭氧尾气破坏装置组成,如图1所示。

通过臭氧发生器来制备臭氧,臭氧经气体流量计控制流量后进入臭氧催化氧化反应器参与反应。反应器中填充的是负载型双组分金属氧化物催化剂SODO-Ⅱ(催化剂指标参数见表1),填充率为70%,上下端用微孔隔板固定,底部装有钛合金微孔曝气器,保证气体以较小体积形态均匀分布。

表1催化剂指标参数

臭氧催化氧化反应器装置为316L材质的圆柱罐,尺寸ϕ600mm×2200mm。反应器采用上向流形式,底部进水,上部出水。臭氧从反应器底部进入,采用臭氧发生器(青岛国林纯氧源CF-G-2-100g型)现场制备,臭氧最大产生量为100g/h,以干燥氧气为气源。为保证催化剂、臭氧和水充分接触,采用循环水泵对反应器中的反应液进行循环。反应过程中产生的尾气经尾气破坏器后排入空气中。

试验分2个阶段:第一阶段为考察影响因子阶段,采用静态间歇式反应,每次将反应器贮满水后开启循环水泵通入臭氧开始试验,每隔30min取一次样,分析水样的pH值、CODcr等参数。第二阶段为稳定运行阶段,采用第一阶段摸索的最佳条件进行连续稳定运行68d,每天三班各取一个进出水水样进行测试。

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