催化臭氧氧化與A/O-MBR 聯(lián)用技術(shù)在煤化工廢水處理中的應用

塔斯很·阿勒太

（伊犁新天煤化工有有限責任公司，新疆 伊寧 835000）

煤化工廢水中含有濃度較高且難以分解的固形物和有機物，具有成分復雜、水量大、水質(zhì)差、危害大等特征，對水資源有一定的污染，而且廢水中的有機污染物對生物體的影響較大，甚至會危害生命。為了減少煤化工廢水對自然環(huán)境的危害，需要采取相應的手段進行處理，達標后才能排放?，F(xiàn)有的廢水處理方法主要是吸附法，即利用活性炭、竹炭等具有吸附功能的吸附劑，對廢水中的污染物進行吸附，其本質(zhì)是物理吸附，在實際應用中只能處理煤化工廢水中容易分解的有機物。經(jīng)吸附法處理后的廢水中仍含有大量的污染物，TDS（Total dissolved solids，總?cè)芙夤腆w值）值較大，需要經(jīng)過多道工序才能處理干凈，不僅處理效果較差，廢水處理的成本也較高。為此，本文將催化臭氧氧化與A/O-MBR 聯(lián)用技術(shù)應用于煤化工廢水的處理，以期設計出一套新的廢水處理方法，為煤化工廢水的處理提供相應的參考。

1 煤化工廢水的處理

1.1 煤化工廢水的脫酚預處理

煤化工廢水中有含量較高的酚污染物，若不進行去除而直接進入分解系統(tǒng)和生化系統(tǒng)，會在有機物的分解和生化過程中影響污染物的活性。廢水中的酚類物質(zhì)還會對催化臭氧的轉(zhuǎn)移效率造成一定的影響，也是一種資源上的浪費，因此要在對煤化工廢水有機物進行分解處理和生化處理之前，將水中的酚類物質(zhì)去除。依據(jù)萃取脫酚的原理，選取了硝酸錳和碘化鉀作為萃取劑。這2 種萃取劑不溶于水，在脫酚過程中易回收，且價格較低。具體的萃取脫酚流程見圖1。

圖1 煤化工廢水萃取脫酚流程圖

如圖1 所示，煤化工廢水的萃取脫酚在萃取池中進行，萃取池由萃取塔、溶劑汽提塔和回收塔組成。煤化工廢水進入裝有硝酸錳和碘化鉀溶劑的萃取塔塔頂，硝酸錳和碘化鉀儲罐與萃取塔連接。煤化工廢水與硝酸錳和碘化鉀溶劑同時從上下兩端進入萃取塔進行逆向混合，并從萃取塔底部流入溶劑汽提塔。溶劑汽提塔將萃取相中的甲基異丁基酮和二異丙基醚溶劑析出，使溶劑與粗酚分離。粗酚經(jīng)過萃取塔塔底被回收，甲基異丁基酮和二異丙基醚溶劑再次返回溶劑儲罐等待二次使用，以此完成煤化工廢水的脫酚。在萃取脫酚過程中，要控制好萃取塔內(nèi)的溫度，因為萃取溫度的變化會影響到最終的脫酚效率，脫酚過程中宜將萃取塔溫度控制在40～50℃。

1.2 基于催化臭氧氧化的廢水有機物分解

經(jīng)過脫酚預處理后，煤化工廢水中的污染物的可氧化性質(zhì)有所提升，此時廢水中的有機物更容易被分解，因此采用催化臭氧氧化技術(shù)對廢水進行處理。在對廢水有機物進行分解處理前，要根據(jù)煤化工廢水的處理需求，選擇合適的催化劑，目的是幫助煤化工廢水中的有機物與臭氧發(fā)生氧化反應，提升氧化效率，因此催化劑的性能直接關(guān)系到催化臭氧氧化技術(shù)分解處理煤化工廢水有機物的最終效果[1]。用于煤化工廢水處理的催化劑有一定的技術(shù)參數(shù)要求，具體見表1。目前常用的催化劑有聚丙烯酰胺、硫代硫酸鈉、氫氧化鈉，這3 種催化劑都對煤化工廢水中的有機物有分解作用。其中聚丙烯酰胺的分解效果最好，原因是聚丙烯酰胺催化劑中的胺氧化物有一定的協(xié)同作用。該催化劑的分子結(jié)構(gòu)呈球狀，比表面積較大，分子之間的空隙也較大，更容易吸收臭氧分子，并且在催化臭氧氧化過程中，能夠產(chǎn)生較多的四價態(tài)氧空穴，減小氣相外逸，從而更有效地去除煤化工廢水中的有機物。對3 種催化劑進行比較分析后，選擇聚丙烯酰胺作為催化臭氧氧化分解處理煤化工廢水的催化劑。

表1 催化劑的主要技術(shù)指標

以氧化鋁為載體，制備用于廢水有機物分解處理的催化劑。按照表1 中的技術(shù)參數(shù)檢驗準備好的催化劑，各項指標均合格后方可投入使用。煤化工廢水的催化臭氧氧化分解處理在氧化塔中進行，氧化塔的體積與有效體積可根據(jù)實際情況確定。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗，總體積最好在5.45～5.65L，有效體積最好為4.55～4.75L[2]。

催化臭氧氧化塔由氧化發(fā)生器、反應器、進水泵、尾氣吸收器、出水箱、進水箱、二級減壓閥等組成。經(jīng)過預處理的廢水進入進水箱，再經(jīng)進水泵進入反應器。進水泵的水壓不宜過大或過小。水壓過大，反應器內(nèi)的廢水還沒充分反應就滿了，被迫流入出水箱；水壓過小則會影響廢水的處理效率，因此宜將水泵的水壓控制在5.16～6.16Pa[3]。廢水進入反應器后，在反應器器口投入催化劑，催化劑的投入量對廢水中有機物的分解速率有一定的影響，隨著催化劑的投入量增加，廢水中有機物的分解速率逐漸提升。相關(guān)資料顯示，催化劑投入量為200g 時，反應器內(nèi)的煤化工廢水有機物的分解率達到最大值，分解時間最短[4]。根據(jù)反應器的體積，確定催化劑與煤化工廢水的比例為1∶5，投入催化劑后，二級減壓閥將純氧氣體導入反應器中。臭氧反應器中存在高壓電暈電場，純氧進入反應器后，與高壓電暈電場發(fā)生電化反應生成臭氧。生成的臭氧與催化劑及煤化工廢水中的有機物接觸后發(fā)生催化臭氧氧化反應。在該過程中要控制臭氧濃度，臭氧濃度決定廢水中有機物的分解速率。從現(xiàn)場的實際效果可知，當臭氧發(fā)生器進氣量為2.35L·min-1、發(fā)生器中的臭氧濃度為11.64mg·L-1時，廢水中有機物的分解速率達到最大值，因此可將發(fā)生器中臭氧的濃度控制在11.64mg·L-1。催化臭氧氧化反應后形成的尾氣要通入尾氣吸收器中，以防止空氣污染。分解后的廢水導入出水箱中。

1.3 基于A/O-MBR 的廢水生化處理

將分解處理后的廢水用A/O-MBR 技術(shù)進行生化處理。A/O-MBR 技術(shù)生化處理廢水，實質(zhì)就是以納米材料作為生化劑，將分解后的有機物吸附在納米顆粒上，實現(xiàn)煤化工廢水的固液分離。常用的納米生化劑有二氧化錳、氧化鎂、三氧化二鐵、四氧化三鐵等。這4 種納米生化劑中，三氧化二鐵的生化效率最好，原因是溶劑中的鐵金屬氧化物更易與分解的有機物發(fā)生生化反應，而且三氧化二鐵的價格便宜，因此選擇三氧化二鐵作為納米生化劑[5]。選擇聚乙烯醇作為分散劑，三氧化二鐵為原料，采用均勻沉淀法制備納米生化劑。將聚乙烯醇和三氧化二鐵倒入箱式馬弗爐中，對2 種材料進行焙燒，焙燒溫度為500℃，焙燒時間為2h。將焙燒后的混合物陳化6h 后，將混合物處理成粒徑為23～24nm 的顆粒，即得到納米生化劑。

廢水的A/O-MBR 生化處理在MBR 反應器中進行。MBR 池由厭氧池、好氧池和MBR 池組成，MBR 反應器的容積為150L。用進水泵將廢水導入?yún)捬醭?，與回流的混合液充分混合后，進入好氧池。在好氧池中用蠕動泵對廢水進行間歇恒流抽吸，每次抽吸量為1L，每抽吸1 次停頓1.5min，再進行下一次抽吸[6]。將抽吸的廢水導入MBR 池中，在MBR 池加入制備的納米生化劑。納米生化劑與廢水中的有機物發(fā)生生化反應，將有機物分子吸附在納米顆粒表面，生化溫度控制在25～30℃之間，生化時間為15min。生化反應完成后，將廢水過篩，將攜帶有機物的納米顆粒濾出，從而將煤化工廢水中的污染物與水分離，完成生化處理。

2 實驗結(jié)果及分析

以某煤化工廢水為實驗對象。該廢水的TDS為364.45mg·L-1，污染物含量為45.16mg·L-1，含有硫、鉻、汞等有毒有害物質(zhì)，分別采用本方法與傳統(tǒng)方法，對該煤化工廢水進行處理。

將煤化工廢水加入500mL 容器中并進行編號，共采集8 個實驗樣品，按上述流程進行脫酚、分解、生化處理，處理效率為92.46%，處理時間為15h。以TDS 值作為指標，檢驗2 種煤化工廢水處理方法的實驗效果。TDS 表示水中的固形物含量，TDS 值越大表明水中固形物的含量越多，水的純凈度越低。處理后水的TDS 值可以反映處理方法的有效性和可行性。用KSF 測量儀測量8 個實驗樣品的TDS 值，數(shù)據(jù)見表2。

從表2 可以看出，采用本方法處理的煤化工廢水，其TDS 值較小，最小值達到0.164mg·L-1，最大值僅為0.369mg·L-1，符合GB/T 26585-2010《煤化工廢水處理規(guī)范》的要求。原因在于本方法采用了催化臭氧氧化與A/O-MBR 聯(lián)用技術(shù)，先采用催化臭氧氧化技術(shù)，對煤化工廢水中難以處理的有機物進行分解處理，再利用A/O-MBR 技術(shù)，對煤化工廢水中難分解的有機物進行生化析出，使得煤化工廢水的處理更加徹底。采用傳統(tǒng)方法處理的煤化工廢水，其TDS 值較大，最大值達到42.394mg·L-1，遠高于本方法，未滿足GB/T 26585-2010 的要求。另外，對實驗水樣的COD 濃度進行檢驗，以確定采用本方法后煤化工廢水COD 濃度的變化情況，結(jié)果見圖2。

表2 2 種方法下煤化工廢水的TDS 對比 /mg·L-1

圖2 煤化工廢水的COD 濃度變化對比

從圖2 可知，相較于傳統(tǒng)方法，采用本方法處理后的煤化工廢水，COD 濃度明顯降低，效果優(yōu)于傳統(tǒng)方法，表明催化臭氧氧化與A/O-MBR 聯(lián)用技術(shù)具有更好的廢水處理效果，能夠有效提高煤化工廢水的凈度，在煤化工廢水處理方面具有一定的應用價值。

3 結(jié)論

將催化臭氧氧化與A/O-MBR 聯(lián)用技術(shù)應用于煤化工廢水的處理，有效降低了處理后廢水的固形物含量，降低了煤化工廢水的二次處理成本，對基于催化臭氧氧化與A/O-MBR 聯(lián)用技術(shù)的煤化工廢水的處理具有一定的參考作用。