煤气化废水深度处理实验研究

王泓皓

摘      要： 针对当前煤气化行业排污达标问题，提出一种基于吸附-生化处理工艺的處理工艺。采用实验对比的方法，设置三组不同的实验方案，以陕西省某公司的煤气化废水作为处理实验对象，在不同水焦比和不同吸附方案下，取样进水口、吸附出水和曝气池出水口中的水，并进行测定，得到经吸附-生化处理后的废水CODcr值最小，并且重金属离子浓度在正常运行范围，达到排污标准，说明该工艺具有一定可行性。

关  键  词：煤气化废水;CODcr值;水焦比

中图分类号：X784       文献标识码： A       文章编号： 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

我国是典型的煤炭消费大国。以2015年为例，我国煤炭消费接近40亿t，占到全球煤炭消耗的50%。在我国的能源消耗结构中，煤炭的比例占到65%，大大高出世界平均水平。而在能源消耗结构中，煤化工行业对整个煤炭行业的消耗比为6.4%，成为煤炭消耗的主力军。加强煤化工行业的清洁生产，转变煤化工行业生产模式，是当前煤化工领域探讨的重点。因此，这就给当前的煤制气行业发展提供了新的机遇。但是对煤制气来讲，其主要集中在内蒙、甘肃等缺水地区，这些地区本身就属于缺水区域，煤制气对水的需求量很高。所以，开发低成本和低水耗的煤制气废水处理工艺，对提高水资源的利用具有非常重要的作用和价值，也对推动我国煤化工行业的转变，具有积极作用。目前，针对煤气化废水的处理中，主要集中在氨酚回收[1]、生物处理技术[2，3]等方面，但是这些还缺乏对废水的更为深度的处理。对此，本文在以往研究的基础上，提出一种煤气化废水深度处理方法，并通过实验进行对比。

1  煤气化废水深度处理方法

所谓的深度处理，是相对于常规处理来讲的。传统的针对废水处理工艺是采用二级生物处理方法而言的，即通过生物化学法对煤气化废水进行处理。生化处理方法具有运行费用低，去除范围广的特点。但是随着污染物排放要求的提高，这种传统的处理工艺已经不能满足环保要求。对此，在二级生物处理基础上，提出三级深度处理技术，以尽可能的达到煤气化废水的零排放。具体处理工艺如图1所示[4]。

在深度处理工艺中，主要应用吸附法，或生化处理方法[5，6]。其中，吸附法主要采用吸附剂，如活性炭、木屑、焦炭等。通过这种吸附，可去除水中的重金属离子。如活性炭就是其中常用的一种活性剂，通过活性炭，可对污水中的大分子物质进行吸附，但再生成本高，不能对有机污染物进行吸附;对此，在传统吸附法的基础上，本文则提出吸附—曝气生物滤池的煤气化废水深度处理方法。具体的原理是采用褐煤作为吸附剂，在褐煤吸附的基础上，通过曝气生物滤池完成对有机污染物的处理，最后得到零排放的水。具体工艺如图2所示。

其中，曝气生物滤池采用上向流曝气生物滤池反应器，具体试验装置如图3所示。

该反应器采用圆柱型的有机玻璃柱，直径为0.184 m，高为2 m， 体积为79.6 L。在圆柱型的反应器内，装有34.1 L的鹅卵石。滤料层高1.36 m，从下到上总共设计4个取样口，以方便取样，和对不同取样口的水进行取样。同时采用上向流的方式进水，也就是从底部进水，上部排水，在滤水过程中，采用单孔膜扩单器进行曝气。

2  废水实验设计

2.1  实验原料

实验用废水选取陕西某公司经序列间歇式活性污泥法处理后煤气化废水。具体水质成分如表1所示。

实验用活性焦吸附剂以褐煤为原料，比表面积为889 m2·g-1，其理化性质见表2中所示。

2.3  实验方法

2.3.1  曝气生物滤池适应性培养

实验前，需要對曝气生物滤池进行为期一周的适应性培养，以使微生物能够适应实验废水的水质特点。针对实验废水水质污染物浓度较高的特点，加入自来水进行稀释，以降低实验废水的污染物浓度。曝气生物滤池适应性培养初始及结束时的出水水质如表4中所示。

从表4所示的对比结果可以看到曝气生物滤池经过适应性培养后，其出水的CODcr浓度由初始时的160 mg/L降低至48 mg/L。适应性培养结束后对出水水质的稳定性以及微生物的生长情况进行观察，确定情况良好，生长稳定，可满足实验要求。

2.3.2  吸附—生化废水处理工艺设计

为了更充分地验证吸附—生化废水处理工艺的效果，设计三种实验方案，分别考察验证单纯采用褐煤活性焦的煤气化废水处理、单纯采用曝气生物滤池的煤气化废水处理、吸附—生化工艺处理煤气化废水效果。

（1）实验方案一

实验空气流量控制在200 L/h，单纯以褐煤活性焦对实验废水进行吸附处理。设置20、30、40、50、100的水焦比，在该组水焦比条件下，实验时间为一天，每天定时取样，取样次数为3次，进而考察不同的褐煤活性焦投加量条件下的吸附效果。

（2）实验方案二

本组试验设计的目的是与吸附—生化组合工艺进行实验对比，以验证组合试验的优势。实验空气流量为200 L/h，单纯采用一组曝气生物滤池，考察其对实验废水的处理效果。

（3）实验方案三

空气流量设计为200 L/h，采用吸附—生化组合工艺对废水进行处理。在吸附阶段，水焦比设定为100、200、300、400四组。每组水焦比实验时间为1 d，运行时间为8：00～18：00，从8点开始，每隔4 h取样1次，每天取样3次废水。由此考察吸附—生化组合工艺对实验废水的处理效果，以及在满足出水水质要求前提下的活性焦最低投加量。

3  结果与分析

3.1  方案—试验结果与分析

设计20、30、40、50、100等不同的水焦比，得到单纯以褐煤活性焦对废水处理的结果。吸附后CODcr值的计算以每天下午17.00通过重铬酸钾法得到的值为准。具体结果见表5。

根据表5看出，实验废水CODcr浓度约在500 mg/L左右，废水颜色呈深棕色。从表5所示的吸附效果可以看到，在水焦比小于30的条件下，废水经过活性焦吸附处理后的CODcr浓度均为超过30 mg/L;而随着水焦比的增加，废水经过活性焦吸附处理后的CODcr浓度呈现出上升趋势，在100水焦比的条件下已经超过150 mg/L。由此可以说明，在吸附阶段，采用褐煤活性焦进行吸附处理，其最佳水焦比为30，此时得到经吸附后的废水CODcr值较小。

3.2  方案二试验结果与分析

经实验得出，进水的CODcr浓度为495 mg/L，经过曝气生物滤池处理后降为232 mg/L，去除率接近50%。由此可以得出结论，单纯以曝气生物滤池进行生化处理，其效果无法满足煤气化废水深度处理的要求。

3.3  方案三试验结果与分析

采用吸附—生化组合工艺对实验废水进行处理。水焦比设定为100、200、300、400四组实验分别在不同水焦比条件下进行，每种水焦比条件下的实验时间为一个自然日，每间隔4 h进行一次取样。计算每日取样结果均值，最终得到表6所示实验结果。

从表6可以看到，曝气生物滤池出水的CODcr浓度在水焦比不超过300的条件下均未达到50 mg/L。由此可以确定，采用吸附—生化组合工艺对实验废水进行处理，在满足煤气化废水深度处理要求的前提下，褐煤活性焦最佳投加量为水焦比300。

同时，为考察验证吸附—生化组合工艺的稳定性，本文根据上述分析结果，在褐煤活性焦投加量为300的条件下，以吸附—生化组合工艺对实验废水进行处理，连续运行50个自然日。最后10个自然日的出水CODcr浓度曲线如图4所示。

另外，考察处理后水中的重金属元素含量，得到表7所示的结果。在该统计中，以电导率、Ba离子和Sr离子前后的含量作为统计标准。

通过上述的数据看出，电导率随着处理的进行，其电导率降低;同时重金属离子经过生物膜过滤后，生物膜主要离子的浓度都在正常的范围内。说明经本文处理的工艺，可达到城镇污水处理排放标准要求。

4  结束语

通过以上的实验得出，通过吸附-生化处理工艺对煤气化废水的处理，可在一定程度降低废水的CODcr值，同时使得重金属离子在正常运行的范围以内。而实验后得出，本文的最佳水焦比为300。但是本文在研究中，只单纯的考察了不同水焦比对煤气化废水的处理，还有pH和曝光时间对结果的影响没有深入考察，在接下来的研究中还有待进一步研究。

参考文献：

[1] 冯登科. 煤气化废水萃取脱酚过程的模拟研究与应用[J]. 当代化工，2016，45（08）：1873-1875.

[2] 王卓，张潇源，黄霞. 煤气化废水处理技术研究进展[J]. 煤炭科学技术，2018，46（09）：19-30.

[3] 蔡言安，李冬，曾辉平，罗亚红，张杰. 生物滤池净化含铁锰高氨氮地下水试验研究[J]. 中国环境科学，2014，34（08）：1993-1997.

[4] 宁艳春，李忠臣，高兴波，蒲文晶，韩文举，邱延波，吕利民，庄立波，袁伟. 曝气生物滤池补充处理污水厂出水的中试研究[J]. 化工科技， 2012， 20 （04）：4-8.

[5] 邱立平，王广伟，张守彬，陈京英，刘永正. 上向流曝气生物滤池反冲洗实验研究[J]. 环境工程学报，2011，5（07）：1522-1526.

[6] 蔡言安，曾辉平，李冬，毕学军，张杰. 复合有机物污染的含铁、锰源水生物净化研究[J]. 中国给水排水，2016，32（17）：34-38.