臭氧生物活性炭工艺深度处理煤气废水实验研究.docx

臭氧生物活性炭工艺深度处理煤气废水实验研究张文启1 ,2 ,奚旦立1(1 . 东华大学环境科学与工程学院 ,上海 201620 ;2 . 上海工程技术大学化学化工学院 ,上海 201620)摘要 :采用臭氧氧化和生物活性炭联合技术对煤气废水生物出水进行深度处理 。结果表明颗粒活性炭对煤气废水中的有 机物具有良好的吸附性 ,吸附 17 天后基本达到平衡 ;臭氧生物活性炭工艺可有效去除煤气废水生物处理出水中残留的 COD 和NH + - N ,在较低臭氧投量条件下 ,COD 总去除率平均可达 70 % ,NH + - N 的去除率可以达到 74 % ,基本可以满足废水一级排放44标准 。关键词 :煤气废水 ;臭氧氧化 ;生物活性炭 ;深度处理中图分类号 : TQ42411 ; TQ08514文献标识码 :A文章编号 :0253 - 4320 (2007) S2 - 0148 - 03Research on a dvancing treatment of coal ga sif ication wa ste water by O32biologicalactivated carbon processZHANG Wen2qi , XI Dan2li(1. School of Environmental Science and Technology DongHua University , Shanghai 201620 , China ; 2. College ofChemistry and Chemical Engineering , Shanghai University of Engineering and Science , Shanghai 201620 , China)Abstract : Ozone2biological activated carbon(O32BAC) combined process is adopted as the advancing treatment process for the effluent of coal gasification wastewater. The result indicates that the granular activated carbon ( GAC) used has predominantadoption performance for the organic matter in the effluent and an achieve adsorption equilibrium in 17 d. It can be seen that O32BAC process is efficiency and the ratio of COD and NH+ 2N removal are 70 % and 74 % respectively. The advancing treatment4effluents are general meet with the first standard of the wastewater discharge criterion.Key words : coal gasification wastewater ; ozonation ; biological activated carbon ; advancing treatment由于煤气废水中含有一些难生物降解的有机物和高浓度氨氮 ,生物处理出水一般很难达到排放要 求 ,需要进行深度处理 。高级氧化法是去除污水中难降解有机物的主要方法之一 ,相对于其他氧化剂 ,臭氧效能高 、氧化副产物少 ,因此在给水处理中已得 到了广泛的应用 。近十多年来 ,随着臭氧发生器制造业的发展 ,臭氧化水处理工艺的设备投资和运行费用得以降低 ,在污水处理方面的研究和应用也逐 渐增多 。Kamenev 等1 在处理油页岩冶炼废水的生物处理出水时 ,对比分析了 O3 、H2O2 、UV 、O3/ H2O2 、O3/ UV 、H2O2/ UV 、O3/ H2O2/ UV 等 多 种 高 级 氧 化 方法 ,认为 O3 参与的高级氧化法对总酚的去除效果最 好 。然而 ,单独利用高级氧化技术或臭氧氧化技术 处理污水成本都较高 ,需要消耗大量的氧化剂才能 使有机物完全矿化 。有关煤气废水的研究表明 ,臭 氧化可有效地去除水中的 CN - 和色度 ,而矿化水中有机污染物却需要很高的臭氧投加量 ,一般去除每克 COD 需要消耗 5 g 的臭氧2 - 3 。活性炭吸附法对 去除煤气废水的 COD 和色度非常有效 ,然而 , 活性炭吸附饱和后需要再生 ,且再生次数有限 ,运行费用很高 。因此 ,研究者开始探讨采用吸附和生物降解 联合工艺处理难降解废水4 - 5 ,Lin 等6 采用 O3 +BAC(生物活性炭) 工艺处理石化废水研究表明 , 臭 氧化在较少的投加量条件下就可以改变污染物的结构 ,提高废水的可生化性 ,强化后续生物处理效果 ;Stanislaw 等7 研究表明 , 臭氧氧化可以 降 低 纺 织 废 水中有机污染物对微生物的抑制作用 ,提高废水的生物降解性能 。该研究结合臭氧氧化和生物活性炭技术 (O3 - BAC) 对煤气废水生物出水进行深度处理 。1实验材料和方法实验用水采用哈尔滨气化厂实际煤气废水及其收稿日期 :2007 - 04 - 23基金项目 :上海市教委重点项目资助 (07ZZ158)作者简介 :张文启 (1966 - ) ,男 ,博士 ,教授 ,主要研究方向工业水处理 ,021 - 67791213 ,zhangwenqi_hit 163 . com 。2007 年 11 月张文启等 :臭氧生物活性炭工艺深度处理煤气废水实验研究149 生物处理出水 ,水质特征分别如表 1 所示 。表 1 实验用水水质特征后废水 COD 浓度就降低了 58 % ;活性炭吸附时间达到 17 d 后 ,吸附基本达到平衡 ,此时废水的 COD 为750 mg/ L 左 右 , 总 吸 附 量 约 为 47 mg ( COD ) / g( GAC) 。NH + - N/COD/mgL - 1挥发酚/mgL - 1总酚/mgL - 1BOD/COD4水样p HmgL - 1原煤气废水814生物处理出水 711160100140128001194546818603002924960实验首先对煤气废水进行颗粒活性炭静态吸附实验 ,判断颗粒活性炭的吸附能力和饱和时间 。废 水深度处理小试实验采用连续流方式运行 ,工艺流 程如图 1 所示 。图 2颗粒活性炭吸附特征212 臭氧生物活性炭工艺对废水 COD 的去除效果系统运行期间 ,活性炭柱生物膜较薄 ,且由于气 水同向而行 ,互相挟带 ,使生物可利用空间增大 ; 另外 ,二级生物出水在储水箱中存放时间较长 ,BAC 系统进水中的悬浮颗粒物较少 ; 因此系统运行状况良 好 ,没有发生短流 、堵塞等情况 ,不用反冲洗 。如图 3 所示 ,系统在运行期间 ,COD 去除效果较 好 。进水 COD 平均质量浓度为 292 mg/ L ,出水平均质量浓度为 87 mg/ L ,总去除率平均可达 70 % ,可以满足废水一级排放标准对 COD 的控制要求 。臭氧 氧化单元对 COD 也有一定的去除作用 ,平均去除率 为 13 % 。在系统运行前期 ,活性炭的吸附作用较生物降解作用明显 ,出水 COD 值很低 ; 当系统运行半个月之后 ,吸附作用逐渐趋于平衡 ,系统发挥的是吸 附- 生化集成作用 , 活性炭吸 附 与 生 物 再 生 应 是 系统 COD 去除的主要机制 。1 臭氧发生器 ;2 储水箱 ;3 蠕动泵 ;4 臭氧化发生器 ;5 生物活性炭柱 ;6 气泵图 1煤气废水三级处理工艺流程臭氧氧化反应器为玻璃 质 柱 , 有 效 容 积 为 625mL ,生物活性炭柱为有机玻璃质 ,柱直径为 5 cm ,活 性炭充填高度为 90 cm 。运行期间进水流量控制为5 L/ d ,这样臭氧化反应时间可以为最佳 (3 h) 8 ,活 性炭柱的空床停留时间为 816 h 。BAC 系统采用上 向流形式 ,气水同向而行 ,出水溶解氧质量浓度保持3 mg/ L 以上 。实验采用哈尔滨生产的 DHX - I 型臭 氧发生器 ,以空气为气源 ,臭氧产量为 1113 mg/ min 。 活性炭为圆柱状颗粒炭 ,尺寸为 1 mm 3 mm 。实验用原水为生物处理出水 ,通过测试可知 ,废 水中的磷可以满足实验要求 ;碱度较低 ,不能达到硝 化作用要求 ,需要外加 。系统运行前 ,向活性炭柱中 加入生物处理系统中的活性污泥 ,以生活污水和煤 气废水生物处理出水的混合水 ( 配水体积比为 11)为原水 ,进行挂膜 ; 待生物膜形成后 ,开始单独采用 煤气废水生物出水连续运行 。1 进水 ;2 臭氧化出水 ;3 BAC 处理出水图 3O - BAC 系统对废水 COD 的去除特征3+213臭氧生物活性炭工艺对废水 NH4 - N 的去除效果如图 4 所 示 ,O3 - BAC 系 统 中 的 臭 氧 氧 化 单 元2结果与讨论211颗粒活性炭对煤气废水的吸附特征活性炭对实际煤气废水中有机污染物 ,特别是 对废水中的一些致色物质具有良好的吸附性能 ,废 水经活性炭吸附后色度大幅度下降 。如图 2 所示 , 颗粒活性炭对废水中有机物吸附速度较快 ,吸附 1 d+对 NH4 - N 基本没有去除作用 ,这可能是由于废水中臭氧的浓度 、压 力 及 p H 较 低 的 原 因9 。BAC 单元在运行前期硝化作用也不明显 ,NH + - N 去除率4较低 ;运行 10 天后 ,NH + - N 的去除率逐渐提高 ; 运4行期 间 系 统 进 水 的 NH + - N 平 均 质 量 浓 度 为4150 现代化工第 27 卷增刊 (2)72 mg/ L ,出水的 NH + - N 平均质量浓度为 38 mg/ L ,平均去除率为 13 % 。4(3) 臭氧氧化单元对 NH + - N 基本没有去除效总体平均 NH + - N 去除率为 51 %左右 。然而 ,可以44果 ,臭氧生物活性炭系统对废水中 NH + - N 的去除看出 ,系统在后 15 天运行期间 ,NH + - N 去除率大44幅度上升 , 可 达 到 74 % , 出 水 NH + - N 质 量 浓 度 在率可以达到 74 %左右 ,出水基本可以达到国家一级排放标准 。415 mg/ L 左右 , 接近国家一级 排 放 标 准 。相 信 通 过采取延长评价时间 、改善控制条件或者降低进水浓参考文献度等措施 ,出水 NH + - N 浓度可以稳定地达到国家41 Kamenev S , Kallas J ,Munter R. Chemical oxidation of biologically treated phenolic effluents. Waste management J . 1995 ,15 (3) :203 - 208 .2 Moerman W H ,Bamelis D R ,Vergote H L , et al . Ozonation of activated sludge treated carbonization wastewater J . Wat Res , 1994 , 28 ( 8 ) :1791 - 1798 .3 Calvosa L ,Monteverdi A , Rindone B. Ozone oxidation of compounds re 2sistant to biological degradationJ . Wat Res ,1991 ,25 (8) :985 - 993 .4 Marco A , Esplugas S ,Saum G. How and why combine chemical and bio 2 logical processes for wastewater treatment J . Wat Sci Technol ,1997 ,35 (4) :321 - 327 .5 Scott J P ,Ollis D F. Engineering model of combined chemical and biolog 2ical processesJ . J Environ Eng ,1996 ,122 :1110 - 1114 .6 Lin C K ,Tsai T Y ,Liu J C , et al . Enhanced biodegradation of petrochem2 ical wastewater using ozonation and BAC advanced treatment systemJ . Wat Res ,2001 ,35 (3) :699 - 704 .7 Stanislaw L , Monika S , Renata Z. Biodegradation , decolourisation and detoxification of textile wastewater enhanced by advanced oxidation pro2cessesJ . J Biotechnology ,2001 ,89 :175 - 184 .排放标准要求 。1 进水 ;2 臭氧化出水 ;3 BAC 处理出水图 4O3 - BAC 系统 NH + - N 的去除特征43结语(1) 活性炭对实际煤气废水中有机物具有较好 的吸附性能 ,颗粒活性炭吸附 17 d 左右后 , 基本可 以达到吸附平衡 。(2) 臭氧生物活性炭系统可以有效去除煤气废 水生物 处 理 出 水 中 残 留 COD , 总 去 除 率 平 均 可 达70 % ,可以满足废水一级排放标准对 COD 的要求 ;其中 ,臭氧氧化单元对 COD 也有一定的去除作用 ,8张文启 ,马军 ,刘增贺 ,等. 臭氧预氧化强化煤气废水生化处理研究J . 工业水处理 ,2005 ,25 (1) :33 - 36 .9 Singer P C ,Zilli W B. Ozonation of ammonia in wastewater J . Wat Res ,1975 (9) :127 - 134 . 10 Jou W S ,Cheng H Z , Hsu C F. The electromagnetic shielding effective 2 ness of carbon nanotubes polymer compositesJ . Journal of Alloys and Compounds ,2007 ,434/ 435 :641 - 645 .11 Chang T E , Kisliuk A ,Rhodes S M , et al . Conductivity and mechanical properties of well2dispersed single2wall carbon nanotube/ polystyrene composite J . Polymer ,2006 ,47 (22) :7740 - 7746 .12 Seidel G D ,Lagoudas D C. 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