煤氣化廢水深度處理實驗研究

王泓皓

摘 ? ? ?要： 針對當前煤氣化行業排污達標問題，提出一種基于吸附-生化處理工藝的處理工藝。采用實驗對比的方法，設置三組不同的實驗方案，以陜西省某公司的煤氣化廢水作為處理實驗對象，在不同水焦比和不同吸附方案下，取樣進水口、吸附出水和曝氣池出水口中的水，并進行測定，得到經吸附-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行范圍，達到排污標準，說明該工藝具有一定可行性。

關 ?鍵 ?詞：煤氣化廢水;CODcr值;水焦比

中圖分類號：X784 ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 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大國。以2015年為例，我國煤炭消費接近40億t，占到全球煤炭消耗的50%。在我國的能源消耗結構中，煤炭的比例占到65%，大大高出世界平均水平。而在能源消耗結構中，煤化工行業對整個煤炭行業的消耗比為6.4%，成為煤炭消耗的主力軍。加強煤化工行業的清潔生產，轉變煤化工行業生產模式，是當前煤化工領域探討的重點。因此，這就給當前的煤制氣行業發展提供了新的機遇。但是對煤制氣來講，其主要集中在內蒙、甘肅等缺水地區，這些地區本身就屬于缺水區域，煤制氣對水的需求量很高。所以，開發低成本和低水耗的煤制氣廢水處理工藝，對提高水資源的利用具有非常重要的作用和價值，也對推動我國煤化工行業的轉變，具有積極作用。目前，針對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[2，3]等方面，但是這些還缺乏對廢水的更為深度的處理。對此，本文在以往研究的基礎上，提出一種煤氣化廢水深度處理方法，并通過實驗進行對比。

1 ?煤氣化廢水深度處理方法

所謂的深度處理，是相對于常規處理來講的。傳統的針對廢水處理工藝是采用二級生物處理方法而言的，即通過生物化學法對煤氣化廢水進行處理。生化處理方法具有運行費用低，去除范圍廣的特點。但是隨著污染物排放要求的提高，這種傳統的處理工藝已經不能滿足環保要求。對此，在二級生物處理基礎上，提出三級深度處理技術，以盡可能的達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，可對污水中的大分子物質進行吸附，但再生成本高，不能對有機污染物進行吸附;對此，在傳統吸附法的基礎上，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，在褐煤吸附的基礎上，通過曝氣生物濾池完成對有機污染物的處理，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器，具體試驗裝置如圖3所示。

該反應器采用圓柱型的有機玻璃柱，直徑為0.184 m，高為2 m， 體積為79.6 L。在圓柱型的反應器內，裝有34.1 L的鵝卵石。濾料層高1.36 m，從下到上總共設計4個取樣口，以方便取樣，和對不同取樣口的水進行取樣。同時采用上向流的方式進水，也就是從底部進水，上部排水，在濾水過程中，采用單孔膜擴單器進行曝氣。

2 ?廢水實驗設計

2.1 ?實驗原料

實驗用廢水選取陜西某公司經序列間歇式活性污泥法處理后煤氣化廢水。具體水質成分如表1所示。

實驗用活性焦吸附劑以褐煤為原料，比表面積為889 m2·g-1，其理化性質見表2中所示。

2.3 ?實驗方法

2.3.1 ?曝氣生物濾池適應性培養

實驗前，需要對曝氣生物濾池進行為期一周的適應性培養，以使微生物能夠適應實驗廢水的水質特點。針對實驗廢水水質污染物濃度較高的特點，加入自來水進行稀釋，以降低實驗廢水的污染物濃度。曝氣生物濾池適應性培養初始及結束時的出水水質如表4中所示。

從表4所示的對比結果可以看到曝氣生物濾池經過適應性培養后，其出水的CODcr濃度由初始時的160 mg/L降低至48 mg/L。適應性培養結束后對出水水質的穩定性以及微生物的生長情況進行觀察，確定情況良好，生長穩定，可滿足實驗要求。

2.3.2 ?吸附—生化廢水處理工藝設計

為了更充分地驗證吸附—生化廢水處理工藝的效果，設計三種實驗方案，分別考察驗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）實驗方案一

實驗空氣流量控制在200 L/h，單純以褐煤活性焦對實驗廢水進行吸附處理。設置20、30、40、50、100的水焦比，在該組水焦比條件下，實驗時間為一天，每天定時取樣，取樣次數為3次，進而考察不同的褐煤活性焦投加量條件下的吸附效果。

（2）實驗方案二

本組試驗設計的目的是與吸附—生化組合工藝進行實驗對比，以驗證組合試驗的優勢。實驗空氣流量為200 L/h，單純采用一組曝氣生物濾池，考察其對實驗廢水的處理效果。

（3）實驗方案三

空氣流量設計為200 L/h，采用吸附—生化組合工藝對廢水進行處理。在吸附階段，水焦比設定為100、200、300、400四組。每組水焦比實驗時間為1 d，運行時間為8：00～18：00，從8點開始，每隔4 h取樣1次，每天取樣3次廢水。由此考察吸附—生化組合工藝對實驗廢水的處理效果，以及在滿足出水水質要求前提下的活性焦最低投加量。

3 ?結果與分析

3.1 ?方案—試驗結果與分析

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

根據表5看出，實驗廢水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，廢水經過活性焦吸附處理后的CODcr濃度呈現出上升趨勢，在100水焦比的條件下已經超過150 mg/L。由此可以說明，在吸附階段，采用褐煤活性焦進行吸附處理，其最佳水焦比為30，此時得到經吸附后的廢水CODcr值較小。

3.2 ?方案二試驗結果與分析

經實驗得出，進水的CODcr濃度為495 mg/L，經過曝氣生物濾池處理后降為232 mg/L，去除率接近50%。由此可以得出結論，單純以曝氣生物濾池進行生化處理，其效果無法滿足煤氣化廢水深度處理的要求。

3.3 ?方案三試驗結果與分析

采用吸附—生化組合工藝對實驗廢水進行處理。水焦比設定為100、200、300、400四組實驗分別在不同水焦比條件下進行，每種水焦比條件下的實驗時間為一個自然日，每間隔4 h進行一次取樣。計算每日取樣結果均值，最終得到表6所示實驗結果。

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的條件下均未達到50 mg/L。由此可以確定，采用吸附—生化組合工藝對實驗廢水進行處理，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，為考察驗證吸附—生化組合工藝的穩定性，本文根據上述分析結果，在褐煤活性焦投加量為300的條件下，以吸附—生化組合工藝對實驗廢水進行處理，連續運行50個自然日。最后10個自然日的出水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所示的結果。在該統計中，以電導率、Ba離子和Sr離子前后的含量作為統計標準。

通過上述的數據看出，電導率隨著處理的進行，其電導率降低;同時重金屬離子經過生物膜過濾后，生物膜主要離子的濃度都在正常的范圍內。說明經本文處理的工藝，可達到城鎮污水處理排放標準要求。

4 ?結束語

通過以上的實驗得出，通過吸附-生化處理工藝對煤氣化廢水的處理，可在一定程度降低廢水的CODcr值，同時使得重金屬離子在正常運行的范圍以內。而實驗后得出，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煤氣化廢水的處理，還有pH和曝光時間對結果的影響沒有深入考察，在接下來的研究中還有待進一步研究。

參考文獻：

[1] 馮登科. 煤氣化廢水萃取脫酚過程的模擬研究與應用[J]. 當代化工，2016，45（08）：1873-1875.

[2] 王卓，張瀟源，黃霞. 煤氣化廢水處理技術研究進展[J]. 煤炭科學技術，2018，46（09）：19-30.

[3] 蔡言安，李冬，曾輝平，羅亞紅，張杰. 生物濾池凈化含鐵錳高氨氮地下水試驗研究[J]. 中國環境科學，2014，34（08）：1993-1997.

[4] 寧艷春，李忠臣，高興波，蒲文晶，韓文舉，邱延波，呂利民，莊立波，袁偉. 曝氣生物濾池補充處理污水廠出水的中試研究[J]. 化工科技， 2012， 20 （04）：4-8.

[5] 邱立平，王廣偉，張守彬，陳京英，劉永正. 上向流曝氣生物濾池反沖洗實驗研究[J]. 環境工程學報，2011，5（07）：1522-1526.

[6] 蔡言安，曾輝平，李冬，畢學軍，張杰. 復合有機物污染的含鐵、錳源水生物凈化研究[J]. 中國給水排水，2016，32（17）：34-38.