催化臭氧化-生物組合工藝深度處理煤制氣廢水效能的研究.pdf

1、近些年我國(guó)煤制氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，在清潔和可再生能源領(lǐng)域具有重要作用。然而，煤制氣過(guò)程產(chǎn)生大量的廢水無(wú)法通過(guò)常規(guī)的處理工藝獲得理想的出水水質(zhì)，二級(jí)生化工藝處理出水仍含有大量有毒和難降解物質(zhì)，具有比原水更低的可生化性，該類(lèi)廢水的處理難題嚴(yán)重制約我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此，亟需研發(fā)可以緩解有毒和難降解物質(zhì)對(duì)微生物的抑制，實(shí)現(xiàn)污染物的大幅削減，促進(jìn)水資源重復(fù)利用的經(jīng)濟(jì)高效的新型深度處理工藝。本課題系統(tǒng)和深入的研究了自制的成本低廉和性能高效穩(wěn)定

2、的催化劑催化臭氧化處理煤制氣廢水生化出水的效能和影響因素，探討了該過(guò)程可能的催化機(jī)理和有機(jī)物的降解規(guī)律，同時(shí)考察了厭氧生物移動(dòng)床（ANMBBR）耦合曝氣生物濾池（BAF）復(fù)合生物短程脫氮技術(shù)的生物工藝處理該廢水的效能，并結(jié)合兩種工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建立了催化臭氧化-生物組合新型工藝，通過(guò)中試研究明確組合工藝處理該廢水具有性能高效穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)節(jié)約和可持續(xù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為煤制氣廢水深度處理提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
　　本研究以廢水生物處理工

3、藝產(chǎn)生的剩余污泥為原料制備污泥基活性炭(SBAC)，將其負(fù)載過(guò)渡金屬氧化物作為臭氧催化劑。考察了制備工藝對(duì)催化劑活性的影響，結(jié)果表明金屬種類(lèi)和焙燒溫度對(duì)催化劑活性影響顯著，而浸漬和焙燒時(shí)間影響不顯著。分析了研制的催化劑MnOx/SBAC和FeOx/SBAC的表征特點(diǎn)，兩種催化劑均具有較高的比表面積，負(fù)載的金屬氧化物以多種價(jià)態(tài)形式均勻分布在載體表面和孔隙內(nèi)部，促進(jìn)SBAC表面堿性基團(tuán)增加，進(jìn)而提高了催化劑表面pHpzc值。同時(shí)，分析催化劑

4、浸出液重金屬特性，主要重金屬離子濃度均低于國(guó)家規(guī)定的允許排放標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)十次連續(xù)催化試驗(yàn)考察其穩(wěn)定性，該催化過(guò)程COD平均去除率僅降低5.4％，催化劑金屬離子溶出極少，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
　　考察了制備的催化劑催化臭氧化處理煤制氣廢水生化出水的效能和影響因素，最佳反應(yīng)條件的實(shí)現(xiàn)不需對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，催化劑具有良好的應(yīng)用性。催化劑的使用顯著提高了臭氧氧化污染物的效能，處理后出水COD，總酚和TOC均達(dá)到了國(guó)家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一

5、級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）。而且，催化臭氧化過(guò)程大幅提高了廢水的可生物降解性并顯著降低了水質(zhì)急性毒性，通過(guò)GC-MS技術(shù)明確該過(guò)程廢水中主要有毒和難降解物質(zhì)基本被去除，殘留的是少量的氮雜環(huán)類(lèi)和長(zhǎng)鏈烷烴類(lèi)。同時(shí)，分析了廢水中典型的氮雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)在該催化過(guò)程的去除性能和動(dòng)力學(xué)規(guī)律，該類(lèi)物質(zhì)難以徹底臭氧氧化是導(dǎo)致處理后出水總氮去除不理想的重要原因。通過(guò)催化過(guò)程中添加羥基自由基捕獲劑，抑制催化劑活性表達(dá)，探討該催化過(guò)程可能機(jī)理是屬

6、于羥基自由基間接氧化為主導(dǎo)，多種氧化反應(yīng)協(xié)同作用。
　　考察了生物工藝ANMBBR-BAF去除煤制氣廢水生化出水污染物的效能和影響因素。確定最佳運(yùn)行參數(shù)是水力停留時(shí)間12小時(shí)，回流比200%，在此條件下，該生物工藝對(duì)廢水中COD，氨氮，總酚和總氮具有高效的去除效能。而且，該生物工藝具有較高的有毒負(fù)荷，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的A2O脫氮工藝?；诖呋粞趸@著改善廢水可生化性和ANMBBR-BAF工藝高效脫氮的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建立了催化臭氧化-生物

7、組合新型工藝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢水中污染物穩(wěn)定高效的去除和運(yùn)行成本的降低，最佳的運(yùn)行時(shí)間為6小時(shí)，組合工藝對(duì)廢水COD，TOC，氨氮，總氮和總酚的去除率分別為73.1，69.2，93.3，76.2和98.3%，相對(duì)應(yīng)的出水濃度分別為40.3，15.4，2.0，13.1，0.5和5.0 mg/L（BOD5），均達(dá)到了城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放最高標(biāo)準(zhǔn)，該水質(zhì)滿足后續(xù)膜工藝的進(jìn)水要求。通過(guò)GC-MS技術(shù)明確該組合工藝在短時(shí)間內(nèi)高效去除廢水中有毒和難

8、降解有機(jī)物，特別是氮雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)。
　　通過(guò)中試試驗(yàn)明確組合工藝對(duì)煤制氣廢水生化出水的污染物具有高效穩(wěn)定的處理效能，出水水質(zhì)符合城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)，滿足后續(xù)膜工藝的進(jìn)水要求，有利于煤制氣廢水“零排放”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，催化劑對(duì)廢水處理新增費(fèi)用僅為平均0.055元/t，與單獨(dú)臭氧氧化廢水獲得同樣的出水水質(zhì)時(shí)，催化臭氧化節(jié)省了0.67元/t；當(dāng)獲得更優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)時(shí)，催化臭氧化節(jié)省了91.7%的費(fèi)用。因此，催化臭氧化-