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摘要：兰炭具有高固定碳、高比电阻、高化学活性、低硫等优点，是一种新型的碳材料。是电石、金属镁、电力载能和煤焦油加氢油产业的基础。本文主要兰炭废水预处理常见的两种技术：酚回收和高级氧化预处理进行分析。
关键词：兰炭；废水；预处理；技术
1 兰炭废水预处理技术研究
1.1 酚回收预处理技术
1.1.1 萃取法回收酚
萃取脱酚法是利用酚在难溶于水的有机溶剂和水中的溶解度之差，把酚从废水中提取出来，进入有机溶剂中，从而和水分离。萃取剂可以通过反萃（碱洗）或精馏法回收重复使用。萃取法主要分为物理萃取和络合萃取。物理萃取的依据是溶液相似相容原理，酚在某种有机溶剂中的溶解度大于其在水中的溶解度，当溶剂与含酚废水充分混合接触时，废水中的酚就转移到有机溶剂中，将有机物从废水中提取出来。采用该方法可直接达到降低废水中苯酚含量的目的。采用DIPE、DIBK、MIBK三种萃取剂，分别进行兰炭废水萃取脱酚研究，其中DIPE和DIBK两种萃取剂的萃取效果较MIBK萃取效果差。因此，以MIBK作为萃取剂，对兰炭废水进行离心萃取实验。萃取剂和兰炭废水逆流进入离心萃取设备中，在离心机高速旋转过程中，实现快速混合和分离，经过两级离心萃取后，酚类物质进入萃取剂中，从油相出口流出，脱酚后的水从水相口流出。实验结果表明，萃取剂与原水体积比为1∶6，废水pH为5，转速为3000r/min时，废水中挥发酚质量浓度从4256.5mg/L降至64.86mg/L，萃取效果较好。
1.1.2 吸附法回收酚
1）活性炭吸附
活性炭具有多孔结构和大的表面积，污染物很容易被吸附在空隙中。同时活性炭中含有少量的氧和氢的官能团，通过范德华力和氢键，与有机物相结合，可达到去除污染物的目的。利用ZnCl2为活化剂，制备污泥活性炭，在活化温度为650℃、活化时间30min、固液质量比1∶1.5、活化剂浓度为5mol/L的最佳工艺条件下，制备得到的活性炭碘吸附值为584.85mg/g，将制备的污泥活性炭应用于兰炭废水处理中，研究结果表明，污泥活性炭的投加量为180g/L，废水pH为7，吸附时间60min，挥发酚和氨氮的去除率分别为73.38%和48.27%，废水中污染物浓度明显降低。该工艺对挥发酚和氨氮具有较好的去除效果，但对废水的COD去除不理想，出水不能满足生化处理要求，同时吸附剂的投加量太大。
2）树脂吸附
采用LS-100大孔树脂，对蒸馏脱氨的废水进行吸附处理，进水pH=6，吸附流速为1BV/h（BV为树脂体积），吸附7h，出水挥发酚质量浓度小于50mg/L。用5%的氢氧化钠溶液再生（3BV用量，0.5BV/h流速），再生后用树脂对兰炭废水吸附处理，吸附7h后，出水挥发酚质量浓度小于200mg/L。研究结果表明，新鲜树脂吸附效率高，但再生后的树脂吸附效率有所降低。采用XDA-1树脂，对兰炭废水进行预处理，研究树脂对酚类和其他有机污染物吸附、脱附的影响因素。树脂吸附系统由两个吸附柱组成，其中一个吸附柱吸附饱和后，进行再生，兰炭废水切换到另外一个吸附柱进行吸附，两个吸附柱吸附和再生过程交替循环使用，以保证系统的连续运行。研究结果表明，树脂吸附速率较快，60min内基本达到吸附平衡。树脂处理10BV兰炭废水，挥发酚的去除率≥98.5%，且COD的下降率≥92.2%。BOD5/COD由0.16提升到0.53，生化性显著提高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆以5BV乙醇作为脱附溶剂，脱附时间45min，脱附后的树脂对废水COD和挥发酚的去除率仍在90%以上。这表明树脂是一种高效的吸附材料，循环利用率高。大孔树脂吸附是一种快速、高效、处理量大的兰炭废水预处理技术。
1.2 高级氧化技术
高级氧化技术是通过催化材料、光、声、电和磁等物理化学过程，产生大量活性极强的自由基（如·OH），该自由基具有强氧化性，能够将水中几乎所有的有机物氧化为羧酸类，甚至矿化为水和二氧化碳，不产生二次污染。采用催化湿式过氧化氢氧化技术，对兰炭废水（COD质量浓度6742mg/L）进行预处理，以Al2O3为载体，采用浸渍法，将硝酸铁溶液与Al2O3载体混合，制备得到Fe/Al2O3为催化剂，H2O2为氧化剂，通过正交实验，确定最佳实验条件。研究结果表明，在pH=4、过氧化氢（质量分数27.5%）添加量9.6mL、反应时间150min和反应温度80℃条件下，兰炭废水COD去除率达66.30%。对兰炭废水及催化氧化后的出水进行GC-MS分析，兰炭废水经过催化氧化后，大部分酚类有机物转化为乙酸。
2 兰炭行业存在问题
近年来国内外经济发展减缓，环境保护政策不断加强以及兰炭下游电石和钢铁等行业产能过剩，导致兰炭企业处境困难。同时兰炭企业本身也存在干馏技术落后、产品附加值低和产业结构不合理等问题。兰炭企业需进一步升级工艺技术，提高产业化水平和产品附加值。与无烟煤、烟煤、焦炭一样，兰炭具有用作电石、冶金和化肥行业原料的潜质，需将兰炭掺混或者进行装备、工艺改进。
3 兰炭利用工艺优化
兰炭用于电石行业时，需加强工艺条件的优化。兰炭掺用对于炉面操作、电炉负荷、出炉操作均有影响，兰炭掺混比例对电石产量、电耗和发气量有较大影响。兰炭用于电厂时，需加强掺用后锅炉的参数特性和制粉系统研究，解决兰炭掺烧后可能存在锅炉结渣、壁温超温、低负荷燃烧不稳以及锅炉各器件磨损等问题。兰炭用于冶金行业时，需加强不同兰炭与不同煤种掺混的试验研究。高炉喷吹煤为无烟煤和烟煤，但不同地区煤炭质量不同，兰炭与其掺混后爆炸性、燃点、灰熔融温度、热值及可磨性指数均会变动。兰炭用于化肥行业时，需加强对造气炉改造和工艺条件优化，加强用于兰炭黏结成型的新型黏结剂的开发研究。
4 兰炭粉末的高品质利用
兰炭粉末约占兰炭产量的10%，资源量巨大，开发利用兰炭粉末对实现经济可持续发展和环境保护具有现实意义。煤基活性炭制备工艺已相当成熟，煤基活性炭已成为全球生产量和消耗量最大的活性炭产品，约占全球活性炭总产量的70%。煤基活性炭制备一般分为破碎、筛分、炭化、活化等。兰炭是煤中低温干馏后固态产物，兰炭粉末本身即为粉末状，稍加处理即可达到一定粒径要求。基于兰炭粉末的特性和煤基活性炭制备工艺，可将兰炭粉末作为活性炭原料，采用微波加热法、磷酸活化制备活性炭。
结语：
兰炭是一种新型炭素材料，与焦炭成分基本相同，具有高固定碳、高比电阻、高化学活性、低灰、低有害元素含量和发达孔结构的特性。兰炭高效利用是实现煤资源分级转化梯级利用的重要部分。兰炭已广泛应用于电石、电厂、冶金、化肥、废水处理、材料制备等行业中。未来需对兰炭粉末制备活性炭的工艺条件和活化机理进行探究，以实现兰炭粉末的高效利用。
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论文作者:牛健
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/5
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