全面分析煤化工废水处理技术进展及发展方向

2．1．1酚的回收

回收酚的方法有溶剂萃取法和蒸汽吹脱法。蒸汽吹脱法采用碱液吸收废水中直接蒸出的挥发酚,形成酚钠盐溶液,再经中和与精馏回收废水中的酚,蒸汽吹脱法具有工艺简单,经济实用的优点。溶剂萃取法利用酚在萃取溶剂与水中的分配系数的不同,实现酚的转移。通常采用分配系数高、与水不互溶、安全低毒的萃取溶剂。

Chen等[6]研究了甲基异丁基酮+酚+水、甲基异丁基酮+对苯二酚+水2种液液三相平衡体系的脱酚效果,认为甲基异丁基酮萃取对苯酚的效率要高于甲基丁基酮。陈赟等[7]提出了处理鲁奇加压气化工艺产生的煤气化废水的新流程,采用酸水汽提塔同时脱除煤气化废水中的氨气和酸性气体,可将煤气化废水pH值降低至7以下。与二异丙醚相比,萃取溶剂甲基异丁基甲酮对单元酚和多元酚萃取效果更好。

2．1．2氨的回收

氨的回收主要采用水蒸汽汽提-蒸氨的方法,可按热源是否与氨水接触分为直接蒸氨和间接蒸氨法。基本工艺流程为采用磷酸铵溶液吸收经汽提而析出的可溶性氨气,得到富氨溶液经汽提器汽提,使磷酸铵溶液与氨气分离,达到磷酸铵溶液再生与氨气回收的目的。

Li等[8]采用膨胀颗粒污泥床反应器能显著提高出水水质,降低废水的COD含量,同时将污染物分解为小分子气体。孟祥清等[9]在氨汽提段采用径向侧喷膜喷射塔板,侧线抽出14．3%(以总进料量计)汽相氨,控制三级分凝过程的温度和压力条件,获得了高浓度的氨气产品。

2．1．3除油

不同的煤化工工艺废水中含有的浮油含量并不相同,煤焦化及液化废水中含油量较高,气化废水中含油量相对较低,主要是有机溶剂溶解的苯酚之类的芳香族化合物造成的。煤化工废水的含油量是影响生化处理效果的重要因素之一,生化处理时废水中含油量不宜超过100mg/L,预处理时需进行除油。常用的除油方法有隔油、气浮、电解、离心分离等。通过隔油池和气浮法组合,不仅可以回收浮油,还可以起到预曝气的作用[10]。

2．2生化处理

生化处理是利用微生物的新陈代谢作用,使废水中的有机污染物转化为CO2、水等无害物质,以实现废水净化的方法[11]。常用的生化处理工艺主要有A/O及A2/O工艺、MBBR法、PACT法、厌氧生物处理法等。

2．2．1A/O及A2/O工艺

A/O及A2/O工艺是将厌氧段(A段)与好氧段(O段)串联组合进行水处理的工艺,应用较为广泛。厌氧段提高了废水的可生化性,同时将有机污染物进行氨化游离出氨;好氧段利用好氧微生物的新陈代谢将废水在有氧条件下进行硝化反应,使氨氮转化成硝酸盐,泥水单独回流到缺氧池进行反硝化反应,将硝态氮还原为氮气。工艺较传统生物脱氮法流程短、造价低,但脱氮率相对较低。

崔崇威等[12]研究了水解酸化-缺氧-好氧组合生物处理工艺处理煤气化废水,处理效果比除油-脱酚-蒸氨-三段活性污泥生物处理工艺好。滕济林等[13]采用粉末活性焦强化A2/O工艺处理煤气化废水,COD、氨氮、总氮的去除率分别为97．4%、98．1%和80．5%。Zhang等[14]考察了A/O法生化处理过程中活性污泥恶化的影响因素,认为温度也是影响COD脱除效率的重要因素,A/O法处理焦化废水时,水温应控制在30℃以下。

2．2．2MBBR法

MBBR法(移动床生物膜反应器)结合了流化床和生物接触氧化法的优点,是一种新型、高效的废水处理方法。悬浮填料是MBBR反应器的核心部分,能与污水频繁接触。在曝气池中,悬浮填料作为微物的活性载体,依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用而处于流化状态,增大了生物膜与废水的接触面积,提高了废水处理效率。

MBBR法无需活性污泥回流或循环反冲洗,具有占地少、有机负荷高、耐冲击负荷能力强、出水水质稳定等优点。Ratcliffe等[15]研究了Sasol煤制油工艺,取得了很好的效果。

Li等[16]采用MBBR法处理鲁奇固定床气化废水,COD含量降低81%,酚及氨的含量分别降低了89%、93%,对硝化细菌的抑制作用也非常明显。Jia等[17]对MBBR法进行了改进,处理气化废水时可将COD含量在原有基础上再降低6%,系统稳定运行50d,跨膜压力比改进前下降了34%。

2．2．3PACT法

PACT法是在生化进水中投加粉末活性炭(PAC),利用粉末活性炭吸附溶解氧和有机物,在曝气池中进行微生物分解的污水处理工艺。由于巨大的比表面积和很强的吸附能力,活性炭可以吸附废水中大量的污染物和有毒物质,将污染物的水力停留转化为固体停留以延长生化反应时间,同时避免有毒物质对微生物的毒害,保证了废水处理的稳定,工艺中的活性炭可循环利用。

PACT法活性炭吸附处理COD的动态吸附容量为100%~350%,处理难生物降解污染物的效果比较好。Zhao等[18]将PACT法运用到生物短程脱氮工艺中,将系统总氮脱除效率由43．8%~49．6%提高到了68．8%~75．8%。

陈莉荣等[19]采用PACT法处理煤制油低浓度含油废水,试验数据显示,PACT对COD、SS(固体悬浮物)、NH3-N、油的平均去除率分别为75%、62%、59%、78%,出水水质达到了污水综合排放的一级标准。

2．2．4厌氧生物处理法

厌氧生物处理法则是一个还原过程,通过还原作用可以将单环、多环有机物开环,使得大分子化合物降解为小分子有机物,提高了废水的可生化性。厌氧生物处理法主要有外循环厌氧反应床(EC)[20]、上流式厌氧污泥床(UASB)[21-22]、膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)[8]等。

Li等[8]采用高级厌氧膨胀颗粒污泥床处理煤气化废水,废水的COD含量由1400mg/L降至800mg/L,总酚含量由320mg/L降至200mg/L,挥发酚含量由150mg/L降至40mg/L。袁敏[23]采用两级中温厌氧工艺对煤化工废水进行处理,进水COD和总酚浓度为2500mg/L和525mg/L左右,系统对其去除率分别达到50%和48%以上。

2．3深度处理

经过生化处理后,煤化工废水中仍含有部分难降解的杂环化合物,生化出水仍不能保证达到回用的要求,通常需要进行深度处理。常用的深度处理方法有混凝、吸附、高级氧化和膜分离技术等。

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