淹没式电磁脉冲阀 如何高效处理煤化工高浓有机废水?

2020-08-30 03:05:13 103

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煤炭是我国主体能源,现代煤化工是实现煤炭清洁高效利用的重要途径,产品路线主要为煤基化工产品和煤基清洁燃料2条路线。随着示范工程的逐步推进,煤化工废水难以经济有效处理的问题日益凸现,主要表现为特征性有机污染物浓度高,如杂环、芳香烃、长链烷烃等难以降解,高浓盐水中的有机物难以脱除,废水难以实现资源化利用等难题,严重制约了煤化工产业的健康发展。因此研究特征性有机污染物的污染特征及迁移转化规律,促进难降解有机污染物的削减和物化控制技术及材料的开发尤为重要。

本文论述了煤化工高浓有机废水处理研究现状,介绍了煤化工废水水质特点和废水中有机物逐级去除过程,并分析了各技术的特点及存在问题,着重论述了煤化工废水中典型的有机污染物如酚类物质、苯系物、链烷烃、多环芳烃、杂环化合物的生物降解机制,以期为煤化工废水处理实际反应过程控制提供理论支撑,推动现代煤化工产业健康、绿色发展。

01

煤化工高浓有机废水处理现状

煤焦化、煤加压固定床气化、煤直接液化以及煤热解过程会产生高浓有机废水,该类废水COD含量高、有机物成分复杂且难以降解,其主要有机物为苯酚及取代酚、杂环化合物(喹啉、吡啶、噻吩、咪唑、呋喃、吡咯等)、苯及取代苯、多环芳烃(如萘、蒽)、长链烷烃,还含有氨氮和氰化物等污染物,是一种高浓度难降解有机废水,处理难度极大,目前常采用物化预处理—生化处理—深度处理分级处理工艺,以达到排放标准或后续废水回用单元进水要求。

预处理

预处理过程的酚氨脱除是关键。国内外主要的酚氨回收工艺有南非萨索尔公司Phenosolvan工艺、鲁奇公司脱酸-脱酚-脱氨工艺以及国内技术吸收再开发的脱酸-脱氨-萃取脱酚工艺和单塔脱酸脱氨-萃取脱酚工艺。南非萨索尔公司Phenosolvan工艺采用五级混合澄清槽萃取脱酚,其出水总酚稳定在120 mg/L以内,对后续废水处理奠定了良好的基础,属于国际上比较成熟先进的酚氨回收技术。

煤化工含酚废水中酚类物质一般由挥发酚和难挥发酚组成,难挥发酚亲水性更强,不易萃取,是酚萃取的关键。常用萃取剂中,二异丙基醚对难挥发酚萃取率比甲基异丁基甲酮低,但甲基异丁基甲酮沸点较高,回收能耗略高,萃取剂选择要根据废水中难挥发酚含量进行技术经济分析。

生化处理

常用于煤化工废水的主生化处理工艺有序批式(SBR)活性污泥法、A/O、A/A/O和膜生物反应器(MBR)、EC厌氧+生物增浓工艺等。

SBR工艺多用于气流床等水质较好的煤化工领域。其优点是可根据水质特点灵活调节,缺点是池容利用率低、操作复杂。

A/O工艺成熟,在煤化工高浓度有机废水处理中应用较为广泛。为增强高浓度有机废水的处理效果,目前的生化工艺常围绕A/O工艺改进或耦合,如多级A/O、A/A/O、厌氧+多级好氧、A/O+MBR等工艺。A/A/O工艺流程较为复杂,在云南某煤化工项目废水处理实际运行中发现其对高浓有毒有机废水的耐受性和处理效能较低,出水难以达标。A/O+MBR也面临同样问题,受进水负荷的影响很大。“厌氧+多级好氧”工艺是目前高浓度有机废水处理的常用工艺流程。

EC厌氧+生物增浓工艺优点是生化停留时间短,抗冲击能力强,其缺点是生物增浓需增加无机药剂,增加了运行投入及后续膜系统负荷。生化处理工艺是一个复杂的系统工程,应特别注意前段物化预处理过程尽量减少污染物浓度,重视入水的水量、水质,避免系统冲击。

深度处理

深度处理主要解决生化难以降解的有机物,进一步提高出水的水质包括COD、色度、悬浮物等。深度处理目前应用的主体工艺是高级氧化和吸附。

臭氧催化氧化效果稳定,氧化能力强,无二次污染,适用于煤化工废水深度处理,但催化剂效果只比纯臭氧氧化提高20个百分点左右,反应器也需进一步优化设计以提高气液固三相的传质及反应。在深度处理领域,高级氧化耦合活性炭工艺或活性炭耦合三级生化处理可能会高效去除杂环类等难降解有机物,使出水达到国家标准或满足后续废水回用处理的进水要求。

02

煤化工废水特征性有机污染物降解机制

酚类物质是原生质毒物,毒性较大,是煤焦化、煤热解、煤固定床气化所产废水的主要污染物之一,其中主要为苯酚及其同系物、苯二酚及其同系物等。酚类物质经物理方法回收后,主要通过细菌生化作用降解。

同烷烃相比,芳香烃类化合物的苯环结构使其稳定得多,但苯系物可以被生物降解,在好氧条件下,假单胞菌、分枝杆菌、节杆菌等微生物可以氧化苯系物,其中假单胞菌微生物对苯系物降解效果最为显著。苯系物的降解关键是开环,在好氧条件下,氧将苯环破坏,并进一步氧化,最终转化为CO2和H2O。但苯系物厌氧降解过程比好氧条件下降解复杂。

煤化工废水的长链烷烃主要通过生物作用降解。其中中长链烃(C10~C24)的降解比短链烃(

多环芳烃的降解难易与其在水中的溶解度、环数目、取代基种类、取代基位置、取代基数目有关。通常2环、3环多环芳烃容易被微生物降解,4环以上很难降解活性炭吸附-催化氧化去除上焦出水氰化物,并具有一定的抗生物降解性,4环、5环以上的多环芳烃降解要依赖共代谢和类似物。

含氮杂环化合物中喹啉、吲哚、吡啶等通过厌氧降解得到较大程度脱除,但在好氧过程的降解效果较低。废水中含氮杂环污染物的生化降解机理为反硝化菌利用有机物作为电子供体,硝态氮中的氧作为电子受体开展代谢活动,其反硝化速率与基质碳源分子的大小和电子性质有关。

03

结语与建议

1)煤化工废水属于高浓度难降解有机废水,应特别注意预处理工段,保证氨氮、酚类物质的处理效果活性炭吸附-催化氧化去除上焦出水氰化物,重视生化入水的水量、水质,避免对生化系统冲击。生化处理工段充分考虑厌氧工艺对水质改善的重要作用。深度处理应特别重视技术的实用性,避免增加毒副产物以及盐分等二次污染。

2)目前对特征性有机污染物降解机制、降解中间产物的解析研究较多,已取得了一定成果,但对中间产物毒性研究以及不同降解路径反应控制方面研究较少。有些降解中间产物与母体相比,毒性更强,更难降解,而对降解路径控制研究有助于寻找最有利的反应条件。如何对有毒难降解的中间产物进行优势菌群的培养,强化或加速有机物降解过程,或对于有不同降解途径的有机物,通过过程控制,以利于较易降解途径的进行。

3)开展煤化工废水特征难降解污染物降解中间产物解析、毒性对比研究、不同降解路径的优化控制研究,是煤化工废水开展强化处理工作的基础,可为煤化工废水有机物降解工艺的设计、监控以及微生物的定向筛选提供新的理论依据,具有重要的理论意义和实践意义。

引文格式

高明龙.煤化工高浓有机废水处理及特征性有机污染物降解机理研究现状[J].洁净煤技术,2020,26(4):48-55.

GAO Minglong.Research status of coal chemical high-concentrated wastewater treatment and degradation mechanism of characteristic organic pollutants[J].Clean Coal Technology,2020,26(4):48-55.

◆ 中国矿业大学(北京)马力强教授:螺旋分选机研究进展

◆ 东南大学段伦博教授:燃煤sCO2布雷顿循环及其工质传热特性研究进展

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◆ 清华大学杨海瑞教授:300 MW循环流化床锅炉大比例掺烧煤泥试验研究

◆ 华中科技大学邹春教授:煤粉富氧燃烧着火温度预测的优化随机森林(GA-RF)模型

◆ 中国矿业大学(北京)解强教授:高碱低阶煤热解及热解半焦研究进展

◆ 中科院过程所聂毅研究员:中间相炭微球在锂离子电池负极材料的应用进展

◆ 太原理工大学张永发教授:煤基碳纳米管制备技术和生长机理研究进展

◆ 中科院山西煤化所白进研究员:煤灰流动性研究方法进展

◆ 哈尔滨工业大学孙飞副教授:碳材料对燃煤烟气硫脱除及资源化研究进展

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