现阶段,国内焦化厂主要采用A/O法(缺氧/好氧工艺)法、A2/O法(厌氧缺/氧/好氧组合工艺)、SBR法(序批式活性污泥法)等生物脱氮工艺处理焦化废水,处理后出水COD质量浓度为200~300mg/L,外观呈黄褐色且系统处理效果难以稳定,出水还需经深度处理后才能达标排放或回用。目前焦化废水的深度处理多采用絮凝法和吸附法。絮凝法采用水处理药剂进行混凝沉淀的污水处理,处理设施占地面积大,污染物仅从水中转移到污泥中,没有得到无害化降解,并产生后续污泥处理问题。吸附法采用活性碳等吸附材料,具有较高的去除效率,但价格昂贵,使用寿命较短,运行成本高。制备廉价的碳质吸附剂可避免目前吸附法的不足,国内外关于污泥活性炭已经做了大量的基础研究,但将其应用于焦化废水 的处理未有报道。笔者通过添加锯末和焦油,改进制备工艺,获得综合性能优良的污泥活性炭,这不仅为污泥的资源化利用开辟了新的途径,也为焦化废水深度处理提供了技术支持。
试验
仪器、材料和分析方法
1)仪器:SK-2-10高温管式电阻炉、Spec-trumOne傅里叶红外光谱仪、MicromeriticsASAP-2010比表面积孔径测定仪、722型分光光度计、TG328A型电光分析天平、ZD-85恒温振荡器、pHS-25型酸度计、直径12mm玻璃吸附柱、DHL-B电脑恒流泵。
2)材料:氢氧化钠,盐酸,无水乙醇,均为分析纯;颗粒商品活性炭;脱水后污泥(含水率8912%);废水取自马钢集团焦化厂污水处理站出水,其废水中COD质量浓度为19618mg/L。
3)分析方法:COD测试采用重铬酸钾法。
试验方法
1)污泥活性炭的制备方法。将污泥放入干燥箱中在105e干燥24h,破碎、筛分后加入适量的锯末和焦油,分别与5mol/L的ZnCl2和KOH按固液比1B2混合均匀,静置浸渍20h后,放入管式炉中进行炭化活化,加热速率为10e/min,活化温度为550e,活化时间为1h,试验中利用N2作为保护气。活化产物用质量分数10%的HCl和70e以上热水进行漂洗,烘干后备用。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
2)不同投加量对吸附的影响。分别称取011,012,013,014,015g的S-AC(KOH)和S-AC(ZnCl2)置于150mL的锥形瓶中,依次加入100mL焦化废水,置入温度为303K的水浴恒温振荡器,以120r/min的转速振荡12h,使吸附达到平衡,然后测定平衡时溶液中COD的去除率。
3)不同pH对吸附的影响。称取5份011,012,013,014,015g的S-AC(KOH)和S-AC(ZnCl2),并置于150mL的锥形瓶中,依次加入100mL焦化废水,用NaOH或者H2SO4将pH分别调至3,5,7,9,11,置入温度为303K的水浴恒温振荡器,以120r/min的转速振荡12h,使吸附达到平衡,然后测定平衡时溶液中COD的去除率。
4)污泥活性炭的等温吸附。分别称取质量为011,012,013,014,015g的S-AC(KOH)和S-AC(ZnCl2),并置于150mL的锥形瓶中,加入100mL的焦化废水。然后置入一定温度(288,303,318K)的水浴恒温振荡器,以120r/min的转速振荡24h,使吸附达到平衡,然后测定平衡时溶液中COD的平衡吸附量。
5)污泥活性炭的静态吸附动力学。称取011,012,013,014,015g的S-AC(KOH)和S-AC(ZnCl2)并分别置于150mL的锥形瓶中,加入100mL焦化废水,置入303K的水浴恒温振荡器中,以120r/min的转速振荡。每隔10,20,30,40,50,60,80,120,180,240,360min取样分析,作吸附时间与吸附量的关系曲线。
6)污泥活性炭的动态吸附。在吸附柱中用湿法装柱加入5mL的S-AC(KOH)和S-AC(ZnCl2),用蒸馏水平衡吸附剂。通水方式为上部进水,下部出水。将焦化废水以10BV/h的流速(用恒流泵控制)通过玻璃吸附柱,对吸附出水定时收集并测定吸附流出液中COD浓度,作其穿透曲线。
7)污泥活性炭的脱附。在室温下将质量分数5%盐酸溶液以5BV/h的流速(用恒流泵控制)通过装有已吸附饱和的污泥活性炭,对吸附出水定时收集并测定吸附流出液中COD浓度,作其脱附曲线。
以脱水污泥、锯末和焦油为原料制备的污泥活性炭以过渡孔为主,孔径分布较宽。活性炭对COD的吸附过程中,膜扩散为主控步骤。Langmuir模型、伪二阶动力学模型均适合描述吸附剂对COD的吸附行为。制备的污泥活性炭还具有动态吸附性能好、易再生和可重复使用等特点。此外,污泥活性炭对焦化废水中氨氮和色度也有较好的去除效果,出水可达到国家一级排放标准,焦化厂污泥处理所产生的污泥也可以作为污泥活性炭的制备原料。将污泥活性炭应用于焦化废水的深度处理具有显著的经济和环境效益。