煤氣化廢水生化尾水深度處理工藝研究與探討

楊大義

(呼倫貝爾金新化工有限公司，內蒙古自治區 呼倫貝爾 021506)

我國是一個“富煤、貧油、少氣”的國家，發展煤制氣、煤制油等新型煤化工是關乎國家能源安全的重要戰略。近年來，煤制氣產業發展迅速，我國已建的大型煤氣化裝置采用的技術主要以氣流床、固定床為主,其中以魯奇爐、BGL爐為代表的固定床氣化技術所產生的廢水成分最復雜，最難處理。BGL爐和魯奇爐廢水具有氨氮高、COD高、酚高、油高、鹽高、難降解有機物多、BOD5/COD比值低等特點，其廢水處理裝置均存在工藝流程長、二級生化單元處理效果差、出水COD和色度偏高、運行費用高等問題。

因此，在現有煤氣化廢水處理的工藝基礎上研究一種高效、清潔的污水深度處理技術，提高廢水的可生化性，提高二級生化單元的處理效果，有助于新型煤化工的發展，具有非常重要的社會意義。

1 金新化工煤氣化廢水處理裝置概況

呼倫貝爾金新化工有限公司(以下簡稱金新化工)煤氣化裝置共有3臺BGL氣化爐。

金新化工BGL氣化裝置所產廢水水質為：總酚450～700 mg/L、總氨300～555 mg/L、CODCr3000～5000 mg/L[1]。因BGL氣化廢水污染物濃度高，由金新化工污水處理單元一處理，其工藝流程如圖1。

圖1 污水處理單元一工藝流程簡圖

污水處理單元于2010年8月建成，2012年9月投用。從多年的運行情況看，SBR池出水CODCr在 150～360 mg/L、ρ(氨氮)≤15 mg/L、ρ(總酚)≤50 mg/L，均能達到設計值，但其出水BOD5/COD<0.1，可生化性非常差，后系統的BAF池長期運行效果差，主要依靠后續系統的加藥沉淀和活性炭吸附去除一部分COD，才能確保污水處理單元一出水水質達到設計值要求[CODCr≤150 mg/L、ρ(NH3-N)≤15 mg/L、ρ(揮發酚)≤0.1 mg/L、ρ(油)≤5 mg/L]。

近年來，面對日益惡化的環境，國家和地方政府不斷提高標準，使得公司污水處理單元一原設計出水指標(CODCr≤150 mg/L)已不能滿足現行國家標準。加上污水處理單元一出水色度、COD偏高，也不利于后續的污水循環裝置和濃鹽水裝置的長周期穩定運行。

為此，研究如何提高SBR池出水的可生化性，降解廢水中有毒有害、難生物降解物質，保障二級生化工序BAF的處理效果，大幅度降低污水處理單元一出水COD、色度，使其達到相關排放標準和確保后系統污水循環裝置、濃鹽水裝置長期穩定運行，是目前急需解決的問題。

2 工藝研究實驗

SBR池處理后的廢水中有機污染物大部分為難生物降解的有機物，以多元酚、雜環、苯系物等難降解污染物為主。難降解有機物及色度經現有二級生化處理工藝難以去除，因此，應選擇適合的高級氧化技術進行深度處理。

目前，比較成熟和應用廣泛的去除難降解COD和脫色的高級氧化技術，主要有Fenton試劑法和臭氧催化氧化法。

2.1 Fenton試劑法

2.1.1 材料與儀器

梅特勒-托利多XP 504分析天平、COD分析儀、CODCr分析裝置、鉑鈷標準色階、燒杯、移液管、玻璃棒等。

H2O2(30%濃度)、硫酸亞鐵、硫酸、氫氧化鈉等。

2.1.2 實驗方法

取SBR池出水作為實驗水樣，先用硫酸調節SBR池出水的pH，再向廢水中加入一定量的硫酸亞鐵和雙氧水，迅速攪拌均勻，澄清后取出上清液，調節其pH至中性，分析其上清液的COD和色度。分別對不同pH、不同硫酸亞鐵加藥量、不同雙氧水加藥量三種情況下廢水COD、色度的去除效果進行對比實驗[2]。

2.1.3 結果與探討

1)pH對色度、COD去除效果的影響

保持H2O2加藥量、硫酸亞鐵加藥量不變，測試不同pH時，廢水中COD和色度的去除效果。分析結果見表1。

表1 pH對色度、COD去除效果的影響

實驗效果圖如圖2所示。

圖2 不同pH的沉淀效果圖

2)硫酸亞鐵加藥量對色度、COD去除效果的影響

保持H2O2加藥量不變和pH值在5.1左右，測試在不同硫酸亞鐵加藥量時，廢水中COD和色度的去除效果。分析結果見表2。

表2 硫酸亞鐵對色度、COD去除效果的影響

實驗效果圖如圖3所示。

圖3 不同硫酸亞鐵的沉淀效果圖

3)H2O2加藥量對色度、COD去除效果的影響

保持硫酸亞鐵加藥量不變和pH值在5.1左右，測試在不同H2O2加藥量時，廢水中COD和色度的去除效果。分析結果見表3。

表3 H2O2加藥量對色度、COD去除效果的影響

實驗效果圖如圖4所示。

圖4 不同H2O2的沉淀效果圖

從實驗結果看，采用Fenton試劑法處理SBR池出水，其COD、色度的去除效果明顯。pH在5.1左右，雙氧水投加量 500 mg/L、硫酸亞鐵投加量 500 mg/L，其COD、色度去除效果最好，COD去除率能達到82%以上，色度去除率能達到95%以上。

采用Fenton試劑法處理SBR池生化出水，雖然COD和色度去除效果明顯，但從沉淀效果圖中發現采用Fenton試劑法會產生大量的污泥，并且藥量消耗較大。

2.1.4 運行費用估算

根據實驗數據，采用Fenton試劑法處理SBR池出水， CODCr從174 mg/L降到50 mg/L以下，噸水藥劑費用如表4

表4 Fenton試劑法噸水藥劑費用

2.2 臭氧催化氧化法

2.2.1 材料與儀器

全無油空壓機、冷凍式壓縮空氣干燥機、臭氧發生器、臭氧氧化裝置、轉子流量計、臭氧濃度檢測儀、COD分析儀、燒杯、移液管、玻璃棒等。

催化劑、絮凝劑、SBR池出水等。

2.2.2 實驗方法

取SBR池出水作為實驗水樣，先向SBR池出水加入一定量的絮凝劑進行絮凝沉淀后，取上清液進行臭氧催化氧化實驗，分別對間歇性投加臭氧、連續性投加臭氧的效果進行對比測定。

2.2.3 結果與探討

1) 將SBR池出水進行絮凝沉淀后，取其濾后清液倒入臭氧氧化裝置內進行實驗，向其通入臭氧進行悶曝，COD去除效果見表5。

表5 間歇性投加臭氧廢水COD去除情況

悶曝時間 2 h，臭氧投加質量濃度約 235 mg/L。出水色度對比見圖5。

圖5 間歇性投加臭氧廢水色度對比圖

2) 將SBR池出水進行絮凝沉淀后，取其上清液進行實驗，先采用臭氧進行悶曝 2 h，再采用泵進行連續進水和出水，臭氧投加濃度約 261 mg/L。COD去除效果見表6。

表6 連續性投加臭氧廢水COD去除情況

各步驟出水色度對比見圖6。

圖6 連續性投加臭氧廢水色度對比圖

綜上，間歇式和連續式臭氧催化氧化的實驗結果表明，兩者在臭氧去除COD和色度的效率方面是相同的，因為不管何種方式，其反應機理是相同的，出水COD和色度達標可以通過臭氧投加量和水力停留時間的優化得到解決。

2.2.4 運行費用

根據實驗數據，采用臭氧催化氧化法處理SBR池出水，CODCr從288 mg/L降到53 mg/L以下或CODCr從322 mg/L降到80 mg/L以下，臭氧投加量 261 mg/L，噸水費用如表7。

表7 臭氧催化氧化法噸水處理費用

3 工藝路線選擇

通過前面的實驗情況看，Fenton試劑法和臭氧催化氧化法均能有效降低SBR池生化出水的COD和色度，達到預期的目標。Fenton試劑法和臭氧催化氧化法比較情況見表8。

由表8看出，采用Fenton試劑法雖然總投資低，但其存在的缺點較多：硫酸亞鐵、雙氧水、酸、堿用量都特別大，操作強度大，并且還會產生大量污泥，帶來二次污染。相比較，臭氧催化氧化工藝除一次性投資較高外，其工藝操作簡單，勞動強度低，清潔干凈無二次污染，采用臭氧催化氧化工藝更適合對SBR出水進行深度處理。

表8 Fenton試劑法和臭氧催化氧化法比較

據臭氧發生器廠家介紹，若用戶現場有富余的氧氣可用，其項目總投資和運行費用均會大幅度下降。

4 小結

煤氣化廢水一般在經過一級生化處理裝置處理后，廢水中易生化物質已經被微生物分解，廢水中殘留的難降解有機物直接再經二級生化處理、混凝沉淀等，都很難取得較好的處理效果。根據公司BGL氣化廢水一級生化尾水的實驗情況看，臭氧催化氧化技術能很好地去除煤氣化廢水生化尾水中的COD和色度，并能提高廢水的可生化性(B/C)。加上臭氧催化氧化技術無二次污染，制備臭氧只需使用空氣和電能，操作管理方便，因此采用臭氧催化氧化技術處理煤氣化生化尾水具有較好市場前景。