煤氣化廢水深度處理實(shí)驗(yàn)研究

王泓皓

摘 ? ? ?要： 針對(duì)當(dāng)前煤氣化行業(yè)排污達(dá)標(biāo)問題，提出一種基于吸附-生化處理工藝的處理工藝。采用實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方法，設(shè)置三組不同的實(shí)驗(yàn)方案，以陜西省某公司的煤氣化廢水作為處理實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在不同水焦比和不同吸附方案下，取樣進(jìn)水口、吸附出水和曝氣池出水口中的水，并進(jìn)行測(cè)定，得到經(jīng)吸附-生化處理后的廢水CODcr值最小，并且重金屬離子濃度在正常運(yùn)行范圍，達(dá)到排污標(biāo)準(zhǔn)，說明該工藝具有一定可行性。

關(guān) ?鍵 ?詞：煤氣化廢水;CODcr值;水焦比

中圖分類號(hào)：X784 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2019）12-2801-04

Abstract： In order to meet discharge standards in coal gasification industry， a new treatment process based on adsorption-biochemical treatment process was proposed. In this paper， three different experimental schemes were set up by means of experimental comparison. The coal gasification wastewater from a company in Shaanxi province was taken as the experimental object， under different water-coke ratio and different adsorption schemes， the water at the inlet， the outlet of adsorption tank and the outlet of the aeration tank was sampled and determined. The results showed that the wastewater after adsorption-biochemical treatment had the smallest CODcr value， and the concentration of heavy metal ions was in the normal operation range. The treated waste water met the sewage discharge standard， showing that the process is feasible.

Key words： Coal gasification wastewater; CODcr value; Water-coke ratio

我國是典型的煤炭消費(fèi)大國。以2015年為例，我國煤炭消費(fèi)接近40億t，占到全球煤炭消耗的50%。在我國的能源消耗結(jié)構(gòu)中，煤炭的比例占到65%，大大高出世界平均水平。而在能源消耗結(jié)構(gòu)中，煤化工行業(yè)對(duì)整個(gè)煤炭行業(yè)的消耗比為6.4%，成為煤炭消耗的主力軍。加強(qiáng)煤化工行業(yè)的清潔生產(chǎn)，轉(zhuǎn)變煤化工行業(yè)生產(chǎn)模式，是當(dāng)前煤化工領(lǐng)域探討的重點(diǎn)。因此，這就給當(dāng)前的煤制氣行業(yè)發(fā)展提供了新的機(jī)遇。但是對(duì)煤制氣來講，其主要集中在內(nèi)蒙、甘肅等缺水地區(qū)，這些地區(qū)本身就屬于缺水區(qū)域，煤制氣對(duì)水的需求量很高。所以，開發(fā)低成本和低水耗的煤制氣廢水處理工藝，對(duì)提高水資源的利用具有非常重要的作用和價(jià)值，也對(duì)推動(dòng)我國煤化工行業(yè)的轉(zhuǎn)變，具有積極作用。目前，針對(duì)煤氣化廢水的處理中，主要集中在氨酚回收[1]、生物處理技術(shù)[2，3]等方面，但是這些還缺乏對(duì)廢水的更為深度的處理。對(duì)此，本文在以往研究的基礎(chǔ)上，提出一種煤氣化廢水深度處理方法，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。

1 ?煤氣化廢水深度處理方法

所謂的深度處理，是相對(duì)于常規(guī)處理來講的。傳統(tǒng)的針對(duì)廢水處理工藝是采用二級(jí)生物處理方法而言的，即通過生物化學(xué)法對(duì)煤氣化廢水進(jìn)行處理。生化處理方法具有運(yùn)行費(fèi)用低，去除范圍廣的特點(diǎn)。但是隨著污染物排放要求的提高，這種傳統(tǒng)的處理工藝已經(jīng)不能滿足環(huán)保要求。對(duì)此，在二級(jí)生物處理基礎(chǔ)上，提出三級(jí)深度處理技術(shù)，以盡可能的達(dá)到煤氣化廢水的零排放。具體處理工藝如圖1所示[4]。

在深度處理工藝中，主要應(yīng)用吸附法，或生化處理方法[5，6]。其中，吸附法主要采用吸附劑，如活性炭、木屑、焦炭等。通過這種吸附，可去除水中的重金屬離子。如活性炭就是其中常用的一種活性劑，通過活性炭，可對(duì)污水中的大分子物質(zhì)進(jìn)行吸附，但再生成本高，不能對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行吸附;對(duì)此，在傳統(tǒng)吸附法的基礎(chǔ)上，本文則提出吸附—曝氣生物濾池的煤氣化廢水深度處理方法。具體的原理是采用褐煤作為吸附劑，在褐煤吸附的基礎(chǔ)上，通過曝氣生物濾池完成對(duì)有機(jī)污染物的處理，最后得到零排放的水。具體工藝如圖2所示。

其中，曝氣生物濾池采用上向流曝氣生物濾池反應(yīng)器，具體試驗(yàn)裝置如圖3所示。

該反應(yīng)器采用圓柱型的有機(jī)玻璃柱，直徑為0.184 m，高為2 m， 體積為79.6 L。在圓柱型的反應(yīng)器內(nèi)，裝有34.1 L的鵝卵石。濾料層高1.36 m，從下到上總共設(shè)計(jì)4個(gè)取樣口，以方便取樣，和對(duì)不同取樣口的水進(jìn)行取樣。同時(shí)采用上向流的方式進(jìn)水，也就是從底部進(jìn)水，上部排水，在濾水過程中，采用單孔膜擴(kuò)單器進(jìn)行曝氣。

2 ?廢水實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 ?實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)用廢水選取陜西某公司經(jīng)序列間歇式活性污泥法處理后煤氣化廢水。具體水質(zhì)成分如表1所示。

實(shí)驗(yàn)用活性焦吸附劑以褐煤為原料，比表面積為889 m2·g-1，其理化性質(zhì)見表2中所示。

2.3 ?實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1 ?曝氣生物濾池適應(yīng)性培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)前，需要對(duì)曝氣生物濾池進(jìn)行為期一周的適應(yīng)性培養(yǎng)，以使微生物能夠適應(yīng)實(shí)驗(yàn)廢水的水質(zhì)特點(diǎn)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水水質(zhì)污染物濃度較高的特點(diǎn)，加入自來水進(jìn)行稀釋，以降低實(shí)驗(yàn)廢水的污染物濃度。曝氣生物濾池適應(yīng)性培養(yǎng)初始及結(jié)束時(shí)的出水水質(zhì)如表4中所示。

從表4所示的對(duì)比結(jié)果可以看到曝氣生物濾池經(jīng)過適應(yīng)性培養(yǎng)后，其出水的CODcr濃度由初始時(shí)的160 mg/L降低至48 mg/L。適應(yīng)性培養(yǎng)結(jié)束后對(duì)出水水質(zhì)的穩(wěn)定性以及微生物的生長情況進(jìn)行觀察，確定情況良好，生長穩(wěn)定，可滿足實(shí)驗(yàn)要求。

2.3.2 ?吸附—生化廢水處理工藝設(shè)計(jì)

為了更充分地驗(yàn)證吸附—生化廢水處理工藝的效果，設(shè)計(jì)三種實(shí)驗(yàn)方案，分別考察驗(yàn)證單純采用褐煤活性焦的煤氣化廢水處理、單純采用曝氣生物濾池的煤氣化廢水處理、吸附—生化工藝處理煤氣化廢水效果。

（1）實(shí)驗(yàn)方案一

實(shí)驗(yàn)空氣流量控制在200 L/h，單純以褐煤活性焦對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水進(jìn)行吸附處理。設(shè)置20、30、40、50、100的水焦比，在該組水焦比條件下，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為一天，每天定時(shí)取樣，取樣次數(shù)為3次，進(jìn)而考察不同的褐煤活性焦投加量條件下的吸附效果。

（2）實(shí)驗(yàn)方案二

本組試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的是與吸附—生化組合工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，以驗(yàn)證組合試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)空氣流量為200 L/h，單純采用一組曝氣生物濾池，考察其對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水的處理效果。

（3）實(shí)驗(yàn)方案三

空氣流量設(shè)計(jì)為200 L/h，采用吸附—生化組合工藝對(duì)廢水進(jìn)行處理。在吸附階段，水焦比設(shè)定為100、200、300、400四組。每組水焦比實(shí)驗(yàn)時(shí)間為1 d，運(yùn)行時(shí)間為8：00～18：00，從8點(diǎn)開始，每隔4 h取樣1次，每天取樣3次廢水。由此考察吸附—生化組合工藝對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水的處理效果，以及在滿足出水水質(zhì)要求前提下的活性焦最低投加量。

3 ?結(jié)果與分析

3.1 ?方案—試驗(yàn)結(jié)果與分析

設(shè)計(jì)20、30、40、50、100等不同的水焦比，得到單純以褐煤活性焦對(duì)廢水處理的結(jié)果。吸附后CODcr值的計(jì)算以每天下午17.00通過重鉻酸鉀法得到的值為準(zhǔn)。具體結(jié)果見表5。

根據(jù)表5看出，實(shí)驗(yàn)廢水CODcr濃度約在500 mg/L左右，廢水顏色呈深棕色。從表5所示的吸附效果可以看到，在水焦比小于30的條件下，廢水經(jīng)過活性焦吸附處理后的CODcr濃度均為超過30 mg/L;而隨著水焦比的增加，廢水經(jīng)過活性焦吸附處理后的CODcr濃度呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，在100水焦比的條件下已經(jīng)超過150 mg/L。由此可以說明，在吸附階段，采用褐煤活性焦進(jìn)行吸附處理，其最佳水焦比為30，此時(shí)得到經(jīng)吸附后的廢水CODcr值較小。

3.2 ?方案二試驗(yàn)結(jié)果與分析

經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出，進(jìn)水的CODcr濃度為495 mg/L，經(jīng)過曝氣生物濾池處理后降為232 mg/L，去除率接近50%。由此可以得出結(jié)論，單純以曝氣生物濾池進(jìn)行生化處理，其效果無法滿足煤氣化廢水深度處理的要求。

3.3 ?方案三試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用吸附—生化組合工藝對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水進(jìn)行處理。水焦比設(shè)定為100、200、300、400四組實(shí)驗(yàn)分別在不同水焦比條件下進(jìn)行，每種水焦比條件下的實(shí)驗(yàn)時(shí)間為一個(gè)自然日，每間隔4 h進(jìn)行一次取樣。計(jì)算每日取樣結(jié)果均值，最終得到表6所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

從表6可以看到，曝氣生物濾池出水的CODcr濃度在水焦比不超過300的條件下均未達(dá)到50 mg/L。由此可以確定，采用吸附—生化組合工藝對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水進(jìn)行處理，在滿足煤氣化廢水深度處理要求的前提下，褐煤活性焦最佳投加量為水焦比300。

同時(shí)，為考察驗(yàn)證吸附—生化組合工藝的穩(wěn)定性，本文根據(jù)上述分析結(jié)果，在褐煤活性焦投加量為300的條件下，以吸附—生化組合工藝對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水進(jìn)行處理，連續(xù)運(yùn)行50個(gè)自然日。最后10個(gè)自然日的出水CODcr濃度曲線如圖4所示。

另外，考察處理后水中的重金屬元素含量，得到表7所示的結(jié)果。在該統(tǒng)計(jì)中，以電導(dǎo)率、Ba離子和Sr離子前后的含量作為統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

通過上述的數(shù)據(jù)看出，電導(dǎo)率隨著處理的進(jìn)行，其電導(dǎo)率降低;同時(shí)重金屬離子經(jīng)過生物膜過濾后，生物膜主要離子的濃度都在正常的范圍內(nèi)。說明經(jīng)本文處理的工藝，可達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 ?結(jié)束語

通過以上的實(shí)驗(yàn)得出，通過吸附-生化處理工藝對(duì)煤氣化廢水的處理，可在一定程度降低廢水的CODcr值，同時(shí)使得重金屬離子在正常運(yùn)行的范圍以內(nèi)。而實(shí)驗(yàn)后得出，本文的最佳水焦比為300。但是本文在研究中，只單純的考察了不同水焦比對(duì)煤氣化廢水的處理，還有pH和曝光時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響沒有深入考察，在接下來的研究中還有待進(jìn)一步研究。

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