厭氧強化工藝處理煤制氣廢水中酚類化合物效能的研究.pdf

1、我國煤制氣的發(fā)展是由“富煤、少油、缺氣”的能源特點決定的。在向清潔新能源和可再生能源過渡的未來幾十年中，新一代煤制氣產(chǎn)業(yè)將扮演特殊重要的角色。但是，由于煤制氣廢水含有高濃度的酚類化合物、難降解有機物和有毒污染物，國內(nèi)外煤制氣廢水的治理技術普遍存在出水效果不理想、系統(tǒng)穩(wěn)定性差和處理成本高等問題。目前，該廢水處理問題已成為制約煤制氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。隨著厭氧技術的不斷發(fā)展，研究者對厭氧工藝在煤制氣廢水處理領域中所發(fā)揮的作用有了前所未有的重視。

2、針對煤制氣廢水的水質(zhì)特點，本課題系統(tǒng)和深入的研究了厭氧工藝處理煤制氣廢水中酚類化合物的效能，考察了傳統(tǒng)厭氧工藝（升流式厭氧污泥床工藝（Upflow anaerobic sludge blanket，UASB）、高溫厭氧工藝、兩相厭氧工藝和兩級厭氧工藝）和厭氧強化工藝（甲醇共基質(zhì)和粉末活性炭）對酚類化合物的去除效能以及廢水好氧生化性能的改善情況；在工程應用中考察了甲醇共基質(zhì)和兩級厭氧分點進水方式對厭氧處理煤制氣廢水中酚類化合物效能的影響；

3、研究了共基質(zhì)條件下厭氧降解酚類化合物的效能和規(guī)律，并對厭氧降解酚類化合物的影響因素進行了探討。
　　通過色質(zhì)聯(lián)用技術（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析得出，煤制氣廢水中酚類化合物主要是由苯酚、烷基苯酚和苯二酚等組成，約占廢水化學需氧量（Chemical oxygen demand，COD）總量的30％～50%；同時，煤制氣廢水含有多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物、長鏈脂肪烴、氨氮和氰等

4、污染物。研究表明傳統(tǒng)厭氧工藝有助于改善廢水的好氧生化性能，但對酚類化合物的去除效能較低，其中UASB工藝對總酚的去除率僅為30%～40%，高溫厭氧工藝對總酚的去除率可達55%～60%，兩級厭氧分點進水工藝和兩相厭氧工藝對酚類化合物的去除率達到60%和40%左右。稀釋進水總酚濃度或延長水力停留時間（Hydraulic retention time，HRT）對厭氧工藝處理酚類化合物的效能并沒有顯著的改善效果。
　　研究比較了甲醇共基質(zhì)

5、和粉末活性炭厭氧強化工藝處理煤制氣廢水中酚類化合物的效能，結果表明投加粉末活性炭（1g/L）和甲醇共基質(zhì)（500mgCOD/L）分別將酚類化合物的去除率提高至73%和75%左右；厭氧強化工藝不僅能夠大幅度提高煤制氣廢水中酚類化合物的去除效能，而且能夠顯著改善煤制氣廢水的好氧生化性能。比較不同厭氧工藝對廢水好氧生化性能的改善效果上：甲醇共基質(zhì)厭氧工藝＞粉末活性炭厭氧工藝＞兩級厭氧分點進水工藝＞高溫厭氧工藝＞兩相厭氧工藝＞UASB工藝。厭氧

6、工藝采用甲醇共基質(zhì)協(xié)同處理煤制氣廢水可以降低廢水的生物毒性，改善厭氧細菌的代謝活性，能夠在本質(zhì)上提高厭氧工藝處理酚類化合物的效能。
　　在工程應用研究中，厭氧工藝處理煤制氣廢水中酚類化合物的效能較低，COD和總酚的去除率分別低于20%和26%。稀釋進水或者延長HRT也難以顯著提高厭氧工藝處理酚類化合物的效果。當煤制氣廢水中投加甲醇濃度200～500mgCOD/L，COD和總酚的去除率可達40.7%和35.2%，厭氧工藝處理酚類化合

7、物的效能以及產(chǎn)甲烷情況均有明顯的改善。但是，水質(zhì)沖擊對厭氧工藝處理酚類化合物的效能影響較大，而且恢復周期也較長。
　　以苯酚、（間-、對-）甲酚、鄰甲酚、二甲酚和鄰-、間-、對苯二酚合成的酚類化合物廢水為考察對象，研究表明采用乙酸、甲醇和苯酚共基質(zhì)對厭氧降解酚類化合物的效能均有不同程度的改善。當進水酚類化合物濃度分別為408mg/L，612mg/L和816mg/L左右時，與無共基質(zhì)處理效能相比，甲醇共基質(zhì)（500mgCOD/L）條

8、件下酚類化合物的去除率分別提高了13.8%，14.4%和15.6%；乙酸共基質(zhì)（500mgCOD/L）條件下酚類化合物的去除率分別提高了11%，12.4%和10.3%。甲醇和乙酸共基質(zhì)能夠明顯提高厭氧降解酚類化合物中甲基苯酚的效率。適量濃度的苯酚基質(zhì)也有助于提高酚類化合物的去除效率，但是高濃度的苯酚基質(zhì)將會抑制厭氧細菌的活性。
　　試驗研究表明，酚類化合物的厭氧降解性能難易程度依次為：二甲酚，鄰甲酚，間甲酚，對苯二酚，鄰苯二酚，對

9、甲酚，間苯二酚，苯酚。甲基苯酚的厭氧降解性能要遠低于苯二酚及苯酚，五日平均降解速率僅為1.3～4.5mg/d（不包括對甲酚）。酚類化合物的厭氧降解性能與其化學結構有著密切聯(lián)系，其中羧化階段和苯甲酰化階段是其降解的關鍵步驟。在厭氧降解酚類化合物的抑制試驗中，高濃度的酚類化合物造成的抑制屬于暫時性抑制；氰化物和長鏈脂肪烴造成的抑制屬于干擾性抑制。在氰化物（5mg/L）和長鏈脂肪烴（50mg/L）的抑制條件下，共基質(zhì)的存在能夠降低抑制效應，協(xié)