塔斯很·阿勒太

（伊犁新天煤化工有有限責(zé)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(jī)物，具有成分復(fù)雜、水量大、水質(zhì)差、危害大等特征，對(duì)水資源有一定的污染，而且廢水中的有機(jī)污染物對(duì)生物體的影響較大，甚至?xí)：ι?。為了減少煤化工廢水對(duì)自然環(huán)境的危害，需要采取相應(yīng)的手段進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)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(duì)廢水中的污染物進(jìn)行吸附，其本質(zhì)是物理吸附，在實(shí)際應(yīng)用中只能處理煤化工廢水中容易分解的有機(jī)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(guò)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(yīng)用于煤化工廢水的處理，以期設(shè)計(jì)出一套新的廢水處理方法，為煤化工廢水的處理提供相應(yīng)的參考。

1 煤化工廢水的處理

1.1 煤化工廢水的脫酚預(yù)處理

煤化工廢水中有含量較高的酚污染物，若不進(jìn)行去除而直接進(jìn)入分解系統(tǒng)和生化系統(tǒng)，會(huì)在有機(jī)物的分解和生化過(guò)程中影響污染物的活性。廢水中的酚類物質(zhì)還會(huì)對(duì)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(fèi)，因此要在對(duì)煤化工廢水有機(jī)物進(jìn)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(guò)程中易回收，且價(jià)格較低。具體的萃取脫酚流程見(jiàn)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(jìn)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(jìn)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(chǔ)罐與萃取塔連接。煤化工廢水與硝酸錳和碘化鉀溶劑同時(shí)從上下兩端進(jìn)入萃取塔進(jìn)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(guò)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(chǔ)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(guò)程中，要控制好萃取塔內(nèi)的溫度，因?yàn)檩腿囟鹊淖兓瘯?huì)影響到最終的脫酚效率，脫酚過(guò)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(jī)物分解

經(jīng)過(guò)脫酚預(yù)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(shí)廢水中的有機(jī)物更容易被分解，因此采用催化臭氧氧化技術(shù)對(duì)廢水進(jìn)行處理。在對(duì)廢水有機(jī)物進(jìn)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(jī)物與臭氧發(fā)生氧化反應(yīng)，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(jī)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(jiàn)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(duì)煤化工廢水中的有機(jī)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(guò)程中，能夠產(chǎn)生較多的四價(jià)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(jī)物。對(duì)3 種催化劑進(jìn)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(biāo)

以氧化鋁為載體，制備用于廢水有機(jī)物分解處理的催化劑。按照表1 中的技術(shù)參數(shù)檢驗(yàn)準(zhǔn)備好的催化劑，各項(xiàng)指標(biāo)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(jìn)行，氧化塔的體積與有效體積可根據(jù)實(shí)際情況確定。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，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(yīng)器、進(jìn)水泵、尾氣吸收器、出水箱、進(jìn)水箱、二級(jí)減壓閥等組成。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的廢水進(jìn)入進(jìn)水箱，再經(jīng)進(jìn)水泵進(jìn)入反應(yīng)器。進(jìn)水泵的水壓不宜過(guò)大或過(guò)小。水壓過(guò)大，反應(yīng)器內(nèi)的廢水還沒(méi)充分反應(yīng)就滿了，被迫流入出水箱；水壓過(guò)小則會(huì)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(jìn)入反應(yīng)器后，在反應(yīng)器器口投入催化劑，催化劑的投入量對(duì)廢水中有機(jī)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(jī)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(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的煤化工廢水有機(jī)物的分解率達(dá)到最大值，分解時(shí)間最短[4]。根據(jù)反應(yīng)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(jí)減壓閥將純氧氣體導(dǎo)入反應(yīng)器中。臭氧反應(yīng)器中存在高壓電暈電場(chǎng)，純氧進(jìn)入反應(yīng)器后，與高壓電暈電場(chǎng)發(fā)生電化反應(yīng)生成臭氧。生成的臭氧與催化劑及煤化工廢水中的有機(jī)物接觸后發(fā)生催化臭氧氧化反應(yīng)。在該過(guò)程中要控制臭氧濃度，臭氧濃度決定廢水中有機(jī)物的分解速率。從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際效果可知，當(dāng)臭氧發(fā)生器進(jìn)氣量為2.35L·min-1、發(fā)生器中的臭氧濃度為11.64mg·L-1時(shí)，廢水中有機(jī)物的分解速率達(dá)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(yīng)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(dǎo)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(jìn)行生化處理。A/O-MBR 技術(shù)生化處理廢水，實(shí)質(zhì)就是以納米材料作為生化劑，將分解后的有機(jī)物吸附在納米顆粒上，實(shí)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(jī)物發(fā)生生化反應(yīng)，而且三氧化二鐵的價(jià)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(duì)2 種材料進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為500℃，焙燒時(shí)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(yīng)器中進(jìn)行。MBR 池由厭氧池、好氧池和MBR 池組成，MBR 反應(yīng)器的容積為150L。用進(jìn)水泵將廢水導(dǎo)入?yún)捬醭兀c回流的混合液充分混合后，進(jìn)入好氧池。在好氧池中用蠕動(dòng)泵對(duì)廢水進(jìn)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(jìn)行下一次抽吸[6]。將抽吸的廢水導(dǎo)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(jī)物發(fā)生生化反應(yīng)，將有機(jī)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(shí)間為15min。生化反應(yīng)完成后，將廢水過(guò)篩，將攜帶有機(jī)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

以某煤化工廢水為實(shí)驗(yàn)對(duì)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(duì)該煤化工廢水進(jìn)行處理。

將煤化工廢水加入500mL 容器中并進(jìn)行編號(hào)，共采集8 個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品，按上述流程進(jìn)行脫酚、分解、生化處理，處理效率為92.46%，處理時(shí)間為15h。以TDS 值作為指標(biāo)，檢驗(yàn)2 種煤化工廢水處理方法的實(shí)驗(yàn)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(cè)量?jī)x測(cè)量8 個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品的TDS 值，數(shù)據(jù)見(jiàn)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(dá)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(duì)煤化工廢水中難以處理的有機(jī)物進(jìn)行分解處理，再利用A/O-MBR 技術(shù)，對(duì)煤化工廢水中難分解的有機(jī)物進(jìn)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(dá)到42.394mg·L-1，遠(yuǎn)高于本方法，未滿足GB/T 26585-2010 的要求。另外，對(duì)實(shí)驗(yàn)水樣的COD 濃度進(jìn)行檢驗(yàn)，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(jiàn)圖2。

表2 2 種方法下煤化工廢水的TDS 對(duì)比 /mg·L-1

圖2 煤化工廢水的COD 濃度變化對(duì)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(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)論

將催化臭氧氧化與A/O-MBR 聯(lián)用技術(shù)應(yīng)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(duì)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。