吸附法处理焦化废水的研究

吸附法处理焦化废水的研究

尚玉 1金鹏 2张然 3

内蒙古包钢钢联股份有限责任公司煤焦化工分公司

内蒙古自治区包头市 014010

摘要：焦化废水是煤高温裂解得到焦炭和煤气并在生产过程中回收加工焦油、苯等副产品过程中产生的。因受原煤性质、炼焦温度、焦化产品回收工艺等多种因素的影响，焦化废水成分复杂，含有多种难以被微生物降解或有生物毒性的有机物以及大量的铵盐、硫化物、氰化物等无机盐类，是造成水体污染的重要污染源之一，在工业废水处理中一直是一个较难解决的问题。首次将固体废弃物硅酸钙周于焦化废水的预处理，通过动态吸附试验考察了柱高和进水负荷对原水COD和NH_3-N去除率的影响。结果表明，进水负荷一定时，COD和NH_3-N去除率均随柱高的增加而增大，柱高越高，增大越显著。柱高一定时，COD和去除率均随进水COD和NH_3-N质量浓度的增加而增大，去除率的增加在低进水负荷下更为显著。

关键词：焦化废水；吸附；废水处理

一、吸附法处理焦化废水

作为传统的废水处理技术，吸附法能有效的去除废水中多种污染物，经其处理后出水水质好且比较稳定，随着排放标准的日趋严格，水资源回收利用的日益迫切，吸附法在废水处理中的作用将越来越重要。吸附法处理焦化废水，就是利用吸附剂很大的总比表面积和很强的吸附能力，吸附废水中的一种或几种溶质，使废水得到净化。常用吸附剂有：

1、活性炭。活性炭是一种由含碳为主的物质作原料，经高温炭化活化制得的吸附剂。活性炭由于含有大量的微孔和中孔，具有较大的比表面积，而且在其孔的表面上含有大量的羧基、羟基、酚羟基、醌型羰基、内酯等官能团，因此活性炭具有很强的吸附性能。活性炭是目前废水处理中普遍采用的吸附剂，可用于各类废水的处理。用活性炭吸附法处理焦化废水效果较好，可作为焦化废水处理系统中的第二级或末级处理工艺。经活性炭吸附法处理过的焦化废水其色度、酚及氰化物等污染物的浓度均能达到国家排放标准，其中酚浓度降至0．001～0．05mg／L。氰化物浓度降至0．1mg／L以下[1]。

2、粉煤灰。粉煤灰处理废水是近几年粉煤灰综合利用研究的热点之一。x光衍射仪测定结果表明：粉煤灰主要成分是SiO、NaAlSi04，将粉煤灰作为吸附剂深度处理焦化废水，脱色效果好，对COD、挥发酚、油等去除效果好，费用低廉。[1]研究表明腐殖酸类物质——长焰煤作为吸附剂对焦化废水中COD具有较快的吸附速率以及客观的吸附容量，可以对焦化废水进行深度处理。用粉煤灰作为吸附剂处理焦化生化出水废水，处理后的最终出水水质良好，除氨氮偏高外，其余指标达到了国家对一级新厂的标准要求。处理后的水60％被回用，用过的粉煤灰可制作建筑材料。

3、膨润土。膨润土在中国储量大，价格便宜。膨润土矿主要组分蒙脱石具有独特的晶体结构，拥有良好的阳离子交换性能和高比表面积等特性，作为废水处理的吸附剂在国内外已被广泛的应用。[2]研究了膨润土粘土矿对焦化废水中氨氮的吸附作用，研究表明天然膨润土能够有效地吸附焦化废水中的氨氮；颗粒膨润土的吸附效果优于粉状膨润土。根据废水中大部分微细颗粒和胶体都带有负电荷，将阳离子表面活性剂聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)和钠基膨润土为原料，制备了PDMDAAC一膨润土用于焦化废水的处理，发现PDMDAAC一膨润土对焦化废水具有较好的处理效果。

4、沸石。利用天然沸石和NaCl再生处理后的沸石对焦化废水进行了实验，氨氮去除率可达42．8％，单位沸石的氨氮去除量平均为2.6。用改型后的斜发沸石(如钠型沸石)，还可有效提高氨氮去除率。生物沸石床对模拟村镇生活污水中各形态氮及COD等污染物的去除效果，结果表明，生物沸石床对NH₃-N去除效果明显且稳定，去除率>95％。

二、试验部分

1、试验原料。硅酸钙微粉：试验用硅酸钙微粉由某公司提供，化学组成(质量分数)：SiO₂为43．6％；CaO为44．8％；Fe₂O₃为0．065％；烧失量为10％。XRD和显微结构分别如图所示。

由图可知，硅酸钙微粉的XRD谱中主要衍射峰均归属于CaSiO₃，因此，其主物相为CaSiO₃。由硅酸钙微粉主要呈蜂窝状、层状及卷曲层状，具有发育的内部及表面孔隙结构。焦化废水：试验用焦化废水取自某焦化厂，其水质：pH为8；COD为3707mg／L,NH_3-N质量浓度为17lmg／L。

2、试验方法。按照不同比例对原水进行稀释，使COD及NH_3-N质量浓度满足期望值。将硅酸钙微粉装入直径为10 mm，高度不同的系列柱子中，制成硅酸钙吸附柱。根据之前静态试验结果，将进水pH调至最佳值。进水自水箱流入吸附柱，流速可控。对自吸附柱流出的出水进行取样，分别用COD快速测定仪及紫外分光光度计对水样进行COD及NH_3-N指标测定，并与进水指标比较，计算去除率。

三、结果与讨论

1、柱高对COD及NH3-N去除率的影响。

出于试验条件及实际操作性等方面的考虑，采用了300、250、200、150、100、50 mm 6种柱高。由COD和NH_3-N去除率均随柱高的增加而增大，柱高越高，增大越显著。从吸附动力学的角度看，吸附柱越高，水停留时间越长，吸附剂与吸附质问接触时间越长，焦化废水中的有机物和NH₃-N具有充分时间完成在硅酸钙微粉表面的吸附，COD及NH_3-N去除率也越高。当柱高为300 mm时，COD和NH_3-N去除率分别达58．9％和35．9％。

2、进水负荷对COD及NH_3-N去除率的影响。

进水负荷对去除率的影响可以看出，COD和NH_3-N的去除率分别随进水COD和NH_3-N质量浓度的增加而增大。具体情况为：在较低进水负荷下，COD和NH_3-N的去除率分别随进水COD和NH_3-N质量浓度的增加而显著增大，当进水负荷较高时，增速变缓。由于柱高一定，因此去除率增大是由于吸附量增加所致。由此可知，高进水负荷更利于硅酸钙吸附性能的发挥。从吸附剂的吸附活性点和吸附质的质点数目的比例看，进水负荷较低时，该比例较大，因此随着进水负荷的增加，COD和NH_3-N去除率增加越来越快。进水负荷较高时，该比例变小，吸附趋于饱和，去除率增加趋于缓和。

研究结果表明，经固体废弃物硅酸钙预处理可去除焦化废水中部分COD和NH₃-N，从而可为后续生物法深度处理降低负荷。这对废水处理和固体废弃物的回收利用均有实际意义。

结论

柱高对去除率的影响表现为：COD和NH_3-N去除率均随柱高的增加而增大，柱高越高，增大越显著。进水负荷对去除率的影响表现为：COD和NH_3-N的去除率随进水COD和NH_3-N质量浓度的增加而增大。在较低进水负荷下，二者去除率随进水负荷的增加而显著增大，进水负荷较高时，增速趋于缓和。高进水负荷更利于硅酸钙吸附性能的发挥。经直径为10mm，高度为300 mm的硅酸钙吸附柱预处理，COD和NH3-N的动态去除率分别可达58．9％和35．9％。

参考文献：

[1] 陈新字，董秀芹，张敏华．焦化废水在超临界水中的催化氧化研究[J]．高校化学工程学报。2017。21(6)：10．

[2] 赵保华，范紫瑄，温佳琪. 燃煤电厂脱硫废水排放指标限值的 计算方法研究 [J]. 化工进展，2018，37（S1）：18.