魯奇煤氣化廢水臭氧化前后的有機污染物特征

摘要

        魯奇煤氣化廢水蒸餾和提取出水具有低可生化性和高毒性，抑制了進(jìn)一步的生物降解。然而，臭氧化提高了廢水的可生物降解性，降低了廢水的毒性，從而能夠進(jìn)行進(jìn)一步的生物處理，提高對有機物質(zhì)的去除。本研究通過樹脂吸附劑將魯奇煤氣化廢水中的溶解有機質(zhì)分離為6類，然后利用TOC、UV254、UV-Vis和3D EEM對分餾樣品各部分的有機物質(zhì)進(jìn)行定量定性分析。魯奇煤氣化廢水中HoA和HiN組分含量較高，TOC值分別為380.21 mg·L−1和646.84 mg·L−1。臭氧處理后，HoA和HiN的TOC去除率分別達(dá)到42.85%和67.13%。臭氧化前后，HoA的UV254基本穩(wěn)定，而HiN的UV254持續(xù)升高，這是由于HoA中有一部分腐殖質(zhì)大分子有機物被氧化為HiN所致。此外，UV-Vis分析表明，臭氧氧化過程中HoA的大分子有機物被氧化，具有較高的生物降解性。 很后，三維EEM光譜表明，隨著可溶性微生物副產(chǎn)物的降解，大分子有機物被氧化為小分子。

1. 介紹

        煤炭開發(fā)消耗快速增長，環(huán)境污染嚴(yán)重;因此，對煤炭的高效、安全、清潔利用提出了要求[1,2]。因此，需要一種新型的煤化工技術(shù)來優(yōu)化煤炭的利用。魯奇氣化是應(yīng)用 很廣泛的煤氣化技術(shù)之一，在煤氣的清洗和洗滌過程中會產(chǎn)生各種污染物。魯奇煤氣化廢水(LCGW)經(jīng)過氨蒸餾和脫酚處理后，仍然是一種含有高濃度有機物、氨和普魯士[4]的復(fù)雜工業(yè)廢水，導(dǎo)致厭氧-缺氧-好氧(A-A-O)工藝和序批式反應(yīng)器(SBR)生物處理工藝[5]出水水質(zhì)不理想。

        近年來對氣化廢水質(zhì)量的研究大多集中在水質(zhì)方面。LCGW處理工藝已被廣泛研究，但這些研究對COD、TOC、BOD5等簡單指標(biāo)進(jìn)行了考察，結(jié)果表明氣化廢水具有有機污染物含量高、生物可降解性低、毒性大的特點[6-8]。此外，已有研究表明，經(jīng)過氨蒸餾和脫酚后，LCGW中仍然含有酚類、多環(huán)芳烴和氮雜環(huán)化合物[9-11]。由于LCGW中常見的有機污染物含量較高，生物處理導(dǎo)致LCGW的生物降解能力較差。然而，很少有研究對LCGW廢水質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)分析。此外，研究LCGW處理過程中有機污染物轉(zhuǎn)化的方法也迫在眉睫。

        在LCGW生物處理前，采用氨蒸餾和脫酚法去除有機污染物。由于氨蒸餾和脫酚的去除效率有限，大部分有機物通過水解酸化、活性污泥法、序批式反應(yīng)器(SBR)、缺氧-缺氧-好氧(A/O)工藝和厭氧-缺氧-好氧(A2/O)工藝[12]等生物處理去除。

        而生物處理后出水的主要特征為:COD為100 ~ 200 mg·L−1,BOD5/COD (B/C)為0.01 ~ 0.08，總氮(TN)為40 ~ 70 mg·L−1,NH4+-N為10 ~ 20 mg·L−1,TOC為90 ~ 120 mg·L−1[13-16]。此外，大多數(shù)研究僅使用簡單的指標(biāo)來表達(dá)LCGW的特性，沒有分析質(zhì)量對處理過程或處理過程中有機物轉(zhuǎn)化的影響。根據(jù)中國LCGW排放政策，特別是零液排放的要求，需要更多的措施對LCGW廢水進(jìn)行深度生物處理。由于氨蒸餾脫酚后的出水生物可降解性低、毒性大，臭氧化能提高有機物的可降解性，可進(jìn)行進(jìn)一步的生物處理，因此常被用于提高有機物的去除率。然而，與去除率相比，臭氧氧化過程中有機物的轉(zhuǎn)化較少受到關(guān)注。此外，由于[18]的復(fù)雜性，對原始LCGW質(zhì)量的分析比較困難。

        因此，本研究以氨蒸餾、脫酚和有機物轉(zhuǎn)化后的LCGW為研究對象，考察有機物對臭氧化的影響。采用樹脂吸附法對氨精餾脫酚后的LCGW進(jìn)行分餾，然后利用溶解有機碳(DOC)、UV254、UV-Vis和EEM對分餾樣品各部分的有機質(zhì)進(jìn)行定量分析。臭氧氧化后，分析溶液中的DOM，并進(jìn)一步考察有機物對臭氧氧化的影響。研究結(jié)果可為今后的工程應(yīng)用提供參考，指導(dǎo)今后處理設(shè)施的調(diào)試和正常運行。

2. 結(jié)論

        在臭氧化氨蒸餾和脫酚廢水的過程中，通過樹脂吸附將DOM分餾為6級。TOC、UV254、UV-Vis和3D EEM對臭氧化有不同的影響。HoA和HiN組分TOC含量 很高，分別為380.21 mg·L−1和646.84 mg·L−1。HoA和HiN的TOC去除率分別達(dá)到42.85%和67.13%。臭氧化前后，HoA的UV254值保持不變，而HiN的UV254值持續(xù)升高，這是由于HoA中的腐殖質(zhì)大分子有機物被氧化，其產(chǎn)物中有一部分是HiN。此外，紫外-可見分析表明臭氧氧化的HoA主要與大分子難降解有機物發(fā)生反應(yīng)，以提高進(jìn)一步降解的性能。三維EEM光譜表明，隨著可溶性微生物副產(chǎn)物的降解，大分子有機物被氧化為小分子。有機物類型發(fā)生變化后，殘余有機物被氧化完全去除。