摘要：我国煤化工行业重点发展地区，多为水资源匮乏及生态脆弱地区，要求煤化工废水能够最大程度的加以循环利用。煤化工废水含有大量有机物和有毒物质，成分复杂，污染物色度高，属于难降解的高浓度有机工业废水，经过预处理和生物处理后的煤化工废水依然存在少量有毒物质和色度、COD不达标的问题。采用活性炭吸附法处理煤化工废水，实验得出最佳活性炭投加量为60g/L，此时吸附饱和时间为2.9h。
关键词：煤化工废水；活性炭；色度
前言
我国富煤、贫油、少气的能源结构决定了煤化工行业在整个产业链中的支柱性地位，尤其是新型煤化工行业。煤化工废水是业界公认的几种难以处理的工业废水之一。煤化工主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等，其中煤气化废水的主要特征为：污染物组成复杂、浓度高、难以生物降解。由于煤化工的生产工艺特殊，废水中的油以乳化油和可溶性油为主，粒径分布在4~200μm，普通的重力沉淀法很难去除。在现有处理工艺中，煤化工废水中的乳化油主要依靠絮凝法去除，可溶性油则主要依靠生化处理工艺去除。煤化工行业废水排放量大，成分复杂，有机物种类多、浓度高且多数性质稳定，可生化性差，典型的含有酚类、氨氮类、多环芳烃、油类、氰化物等多种污染物。废水经过预处理和生物处理后，水中残留少量有毒、难降解物质，并有一定色度，不能达到相应的排放标准。因此，采用颗粒活性炭吸附法处理煤化工废水尾水。
1 煤化工废水预处理技术
1.1 脱酚
由于煤化工废水中酚类物质含量很大，为了减轻后续生化处理单元的负荷，同时有效的回收有可利用价值的酚，通常得采取相应的技术方案进行预处理。溶剂萃取脱酚是最常用的方法。萃取时，依据相似相溶原理，酚类物质能自发的从水相中转移到溶解度更大的溶剂相中，从而实现酚类物质的脱除。萃取剂的种类、浓度、萃取比以及体系的温度、p H 等都会影响脱酚效率。高分配系数、易与水分离、易于反萃取、低毒性等都是选择萃取剂时应该考虑的因素。目前国内外应用较广泛的萃取剂有醋酸丁酯、重苯、二异丙基醚等。
1.2 蒸氨
相比于酚类物质，煤气化废水中的氨氮类物质处理起来更难达标。酚类物质可以作为碳源经过同化作用被微生物大部分降解，而微生物对氮源（氨氮）的需求量则要小得多，况且煤气化废水中含有的高浓度氨氮还会对微生物产生毒害和抑制作用，因此，在进生化处理单元之前还必须对废水采取相应措施降低氨氮的浓度。目前运用较多的是水蒸气气体蒸氨法。在碱性条件下，将废水中的固定态氨转化为游离态氨，并通过水蒸气将其吹脱出来。析出的可溶性气体通过装有磷酸溶液的吸收器，之后送入汽提器，最后通过分离、提纯等步骤回收有用的氨。
1.3 除油
焦油是煤化工废水中油类污染物的主要组成成分，依据其在水中的存在状态和油滴粒径，可以分为浮油、分散油、乳化油、溶解油四大类，针对不同种类的油有相应的预处理方法.针对浮油，利用油滴和水的密度差，在隔油池中静置沉降后将其从水中分离出来，该法适用性强，简单易操作，一般放在工艺的最前端。针对分散油和乳化油，实践中常用的工艺有粗粒化法、化学破乳法、气浮法等。粗粒化法即利用水、油两相对聚结材料粘附力的差异，当含油污水流经装有亲油疏水的填料装置时，油滴被该材料截留，经过润湿、碰撞、聚并等过程逐渐变大，在材料空隙和表面形成一层油膜；油膜增大到一定厚度，在浮力作用下，油膜从材料表面脱落，浮至水面，实现水油两相的分离。针对小部分的溶解油，采用改性全（半）焦、活性白土、活性炭、吸附树脂等吸附剂通过物理、化学、离子交换法实现对油的去除。随着越来越多廉价高效的吸附剂不断被发现，吸附法也逐渐成为一种很有前景的处理方法。
2 试验材料和方法
2.1 实验用水
煤化工水质COD值为120～150 mg/L，NH4+-N＝5～6mg/L，TP＝1～2mg/L，pH值为7.4～7.6，色度为200倍左右。
2.2 试验分析方法
COD：重铬酸钾法；NH4+-N：纳什试剂分级法；TP：钼锑分光光度法；色度稀释倍数法；pH值：酸度计。
2.3活性炭技术指标活性炭技术指标，如表1所示。
表1活性炭特性参数
3 试验结果与讨论
3.1 活性炭投加量与出水色度的关系
为了确定活性炭的最佳用量，在烧杯中取1L原水，按2500，5000，10000、20000，30000，40000、50000，60000，70000和80000mg/L投加活性炭，用电磁搅拌器搅拌，速度为400r/min，搅拌1h后测定烧杯中的色度。测定结果如图1所示。
图1活性炭投加量与出水色度的关系
如图1所示，当活性炭添加量为60000mg/L时，出水色度可低至50倍，达到综合污水的一级排放标准，说明此时活性炭的用量是适宜的。
3.2 活性炭投加量与吸附效率的关系
通过4个系列实验研究了活性炭用量与吸附效率之间的关系。系列1～4添加活性炭体积分别为20000，40000、60000mg/L和80000mg/L，电磁搅拌搅拌器转速为400 r/min，测定结果如图2所示。
图 2 出水色度与吸附时间之间的关系
如图2所示，当活性炭加入量为20000mg/L时，45～60min色度去除率大于30～60min去除率，因此吸附时间是必需的。当活性炭用量大于4000 mg/L时，两段的去除率基本相同，可与其它有效工艺相结合，缩短吸附
时间，提高处理效率。
3.3 活性炭的吸附饱和
活性炭吸附的有效时间即活性炭的饱和时间。将活性炭加入玻璃柱中。碳柱高2m，柱面积113cm2，相当于活性炭投加量15.82kg。废水进入速度控制在2～3m/h，吸附饱和曲线如图3所示。
图 3 活性炭吸附饱和曲线
从图3可以看出，活性炭吸附初期COD和色度的去除率很高。当达到2h时，基本稳定，COD保持在30mg/L，色度为10倍，达到综合污水的一级排放标准。当反应时间达到36h时，COD和色度为反抛射物，表明活性炭去除COD和色度。反应达到边界状态，即达到饱和状态，当反应时间达到48h时，活性炭对COD和色度没有吸附能力，即活性炭失去吸附。综上所述，当活性炭用量为6000 mg/L时，活性炭的吸附饱和时间为2.9h，但该试验是一个小试验，存在边壁下流状态。如果处于中试或实际工程条件下，效果会更好。
结束语：
当活性炭用量为60000mg/L时，出水色度可达到50倍，达到排放标准。这是活性炭的最佳用量。当活性炭用量为20000mg/L时，色度去除率在45～60min之间大于30～60min，但活性炭用量大于40000mg/L时，两段基本一致，此时可根据实际情况提高处理效率。当活性炭用量为60000mg/L时，吸附饱和时间为2.9h。
参考文献：
[1]杨娜.叶树强.周朝勇.活性炭吸附在工业废水处理中的应用[J].企业技术开发，2016（02）.
[2]王玉龙.张琪.肖惠宁等.煤化工废水处理工艺研究进展[J].广东化工，2018（02）.
论文作者:彭常清
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/16
标签：活性炭论文; 色度论文; 废水论文; 煤化工论文; 用量论文; 水中论文; 物质论文; 《基层建设》2018年第14期论文;