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，煤制氣過程產(chǎn)生大量的廢水無法通過常規(guī)的處理工藝獲得理想的出水水質(zhì)，二級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，該類廢水的處理難題嚴重制約我國煤化工產(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)對微生物的抑制，實現(xiàn)污染物的大幅削減，促進水資源重復(fù)利用的經(jīng)濟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，探討了該過程可能的催化機理和有機物的降解規(guī)律，同時考察了厭氧生物移動床（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，建立了催化臭氧化-生物組合新型工藝，通過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)濟節(jié)約和可持續(xù)的技術(shù)優(yōu)勢，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)，將其負載過渡金屬氧化物作為臭氧催化劑?？疾炝酥苽涔に噷Υ呋瘎┗钚缘挠绊懀Y(jié)果表明金屬種類和焙燒溫度對催化劑活性影響顯著，而浸漬和焙燒時間影響不顯著。分析了研制的催化劑MnOx/SBAC和FeOx/SBAC的表征特點，兩種催化劑均具有較高的比表面積，負載的金屬氧化物以多種價態(tài)形式均勻分布在載體表面和孔隙內(nèi)部，促進SBAC表面堿性基團增加，進而提高了催化劑表面pHpzc值。同時，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家規(guī)定的允許排放標準。通過十次連續(xù)催化試驗考察其穩(wěn)定性，該催化過程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)條件的實現(xiàn)不需對廢水進行預(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均達到了國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一

5、級標準的A標準（GB18918-2002）。而且，催化臭氧化過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GC-MS技術(shù)明確該過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)類和長鏈烷烴類。同時，分析了廢水中典型的氮雜環(huán)類物質(zhì)在該催化過程的去除性能和動力學(xué)規(guī)律，該類物質(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。通過催化過程中添加羥基自由基捕獲劑，抑制催化劑活性表達，探討該催化過程可能機理是屬

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。確定最佳運行參數(shù)是水力停留時間12小時，回流比200%，在此條件下，該生物工藝對廢水中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，建立了催化臭氧化-生物

7、組合新型工藝，同時實現(xiàn)了廢水中污染物穩(wěn)定高效的去除和運行成本的降低，最佳的運行時間為6小時，組合工藝對廢水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），均達到了城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放最高標準，該水質(zhì)滿足后續(xù)膜工藝的進水要求。通過GC-MS技術(shù)明確該組合工藝在短時間內(nèi)高效去除廢水中有毒和難

8、降解有機物，特別是氮雜環(huán)類物質(zhì)。
　　通過中試試驗明確組合工藝對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標準的A標準，滿足后續(xù)膜工藝的進水要求，有利于煤制氣廢水“零排放”目標的實現(xiàn)。同時，催化劑對廢水處理新增費用僅為平均0.055元/t，與單獨臭氧氧化廢水獲得同樣的出水水質(zhì)時，催化臭氧化節(jié)省了0.67元/t；當獲得更優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)時，催化臭氧化節(jié)省了91.7%的費用。因此，催化臭氧化-