萃取置换—生物降解耦合技术脱除焦化废水中COD的研究

【摘要】： 焦化废水成分复杂,是一种很难生物降解的工业废水。采用传统的活性污泥工艺处理焦化废水,出水COD及NH3-N均难以达到国家一级排放标准。因此,焦化废水的深度处理,特别是难降解物质的去除,已经成为亟待解决的问题。本论文旨在通过对焦化废水中有机物构成的分析,在了解其中难降解有机化合物的组成的基础上,寻找合适的替代途径,在提高焦化废水的处理效果的同时,将焦化废水难降解有机组份回收资源化,为焦化废水的处理技术提供一种新的思路。 本文在分析了焦化废水来源、特点、组成以及国内外研究现状的基础上,采用萃取置换-生物降解耦合技术脱除焦化废水中的COD；运用GC-MS方法对萃取前后焦化废水中有机物的变化做定性分析；通过选用不同萃取溶剂萃取置换焦化废水中的难降解物质,研究了萃取溶剂对焦化废水中不同类别有机物的去除特性。实验通过对萃后废水中有机物构成以及生物降解性能的探讨,提出了能将焦化废水中难降解物质有效的置换出来的最佳有机溶剂；并采用SBR系统处理萃取置换后的焦化废水,以确定经萃取置换后焦化废水中引入新有机物的可生化降解性,检验萃取置换-生物降解耦合技术在焦化废水处理中的实际应用效果。 (1)不同有机溶剂萃取置换焦化废水的实验研究。当采用正辛醇、正庚烷、环己烷、二正丁醚和二甲苯等五种有机溶剂分别萃取焦化废水时,不同有机溶剂的萃后水相中有机物的GC-MS分析结果和COD值不同。从萃取剂对水中有机物的去除效果(峰面积变化)分析,五种有机溶剂的优劣顺序为：环己烷正庚烷二正丁醚二甲苯正辛醇；从萃取剂在水相中的残留引起COD值升高的效果分析,五种有机溶剂的优劣顺序为：正辛醇二正丁醚二甲苯环己烷正庚烷。实验结果表明,正辛醇通过萃取作用,能够有效地将焦化废水中难降解的有机化合物置换出来,但由于正辛醇在水中的溶解度相对较大,使得萃后水相中的COD值有所升高。 (2)萃取条件选择。由于正辛醇在萃取置换过程中的溶剂损失较大,选择溶解度相对较低的环己烷作为稀释剂,与正辛醇形成混合溶剂处理焦化废水。结果显示,环己烷作为稀释剂能有效的降低正辛醇在萃取置换过程中的溶剂损失,且当采用正辛醇与环己烷的比例为5/5、7/3的两种混合溶剂时,在萃后水相中有机物的生物降解性能较原水相比有较大程度的提高。综合考虑处理效果,实验选择配比为5/5的正辛醇/环己烷混合溶剂作为最佳萃取剂组合,并确定其最佳萃取时间为5min,最佳相比为1：1。 (3)SBR系统处理萃取前后焦化废水的实验研究。经一周的污泥驯化后,利用两套相同的SBR小型模拟装置分别对萃前焦化废水以及萃后焦化废水进行处理,采用GC-MS分析方法对两种水样的出水进行分析。结果显示,萃前焦化废水经SBR处理之后,出水COD由原来1864mg/L的降为246.79mg/L,且CODcr的主要构成物是吡啶、喹啉、吲哚、苯系物及其衍生物等难降解的有机物；正辛醇/环己烷(5/5)萃取之后的焦化废水经SBR系统处理后,废水CODcr由原来2148.7mg/L的降为123.34mg/L,达到国家排放标准。GC-MS分析结果显示,与原水相比,SBR处理后的萃后焦化废水中含氮的杂环类化合物、苯系物及其衍生物的含量显著下降,但由于有机溶剂在萃取过程中的溶解,使得含有甲基、乙基等取代基的醇类和烃类以及卤代烃等污染物的含量有所增加。 通过对该技术的经济可行性分析认为,与直接生物法相比,萃取置换-生物降解耦合技术可以减少由于稀释废水而带来的投资,从长远的角度分析,可以降低废水的处理费用,实现焦化废水处理的高效性和经济性。